JP3871524B2 - Coordinate input device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は,コンピュータシステムにおいて,画面上の位置を指定したり,手書き文字や図形などの軌跡を入力するための超音波を利用した座標入力装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
コンピュータの画面上の位置を指定したり,手書き文字や図形などの軌跡を入力するための座標入力装置は,いろいろな原理を利用したものが提案されている。そのうち超音波利用の座標入力装置は,入力ペンから超音波を発生し,複数の受信器でその超音波を受信し,入力ペンから受信器までに要した超音波伝播時間と超音波速度とから複数の受信器と入力ペンとの間の距離を求め,入力ペンの座標を演算して,コンピュータに入力する。
【0003】
このような超音波利用の座標入力装置は,抵抗膜方式や電磁誘導式のタッチパネルのように,入力面に特別の構成を設ける必要がなく,コンピュータの表示画面,机上の紙,黒板などの様々な入力面上から座標入力を行うことができる。
【0004】
提案されている超音波利用の座標入力装置は,入力面上に少なくとも2個の受信器を設け,ある同期信号に同期して入力面内の入力ペンから送出される超音波を2個の受信器で受信し,それぞれの距離から入力面内の座標を求める。従って,入力面それぞれに2個の受信器を設ける必要がある。
【0005】
また,例えば特開平9−179684号公報(1997年7月11日公開)には,3個の超音波受信器を共通に設けて,入力ペンの三次元空間内の座標値を検出することで,複数の入力面からの入力をそれぞれ区別して座標入力することが記載されている。この超音波利用の座標入力装置は,任意の入力面からの座標入力を可能にする。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら,上記の超音波利用の座標入力装置は,三次元空間内に位置する複数の入力面からの入力を許可するために,3個の超音波受信器を必要とする。上記の従来例では,あらゆる入力面からの座標入力を可能にするために,3個の超音波受信器とそれぞれの受信波の伝播時間を検出する受信回路を設ける必要があり,コストアップを招いている。
【0007】
本発明者が検討したところ,あらゆる入力面からの座標入力の要求は必ずしも多くなく,既設の黒板,既設の机の上,コンピュータの表示画面などある程度決められた入力面からの座標入力ができれば,需要を十分に満たすことができることが判明した。
【0008】
そこで,本発明の目的は,2個の超音波受信器だけで複数の入力面からの座標入力を可能にする座標入力装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために,本発明の一つの側面は,超音波送出器を有する入力デバイスと,前記複数の入力面に直交しない方向に並べて配置され前記超音波送出器から送出された超音波を受信する2個の超音波受信器と,前記入力デバイスと超音波受信器との間の同期をとる同期手段と,前記2個の超音波受信器と前記複数の入力面との位置関係を設定する入力面設定部と,前記2個の超音波受信器により受信される超音波信号の前記入力デバイスからの伝播時間に従って入力デバイスと前記2個の超音波受信器までのそれぞれの距離を生成し,当該2つの距離にしたがって前記設定された複数の入力面の入力座標を生成する入力座標生成部とを有する座標入力装置である。
【0010】
上記の発明によれば,2個の超音波受信器を複数の入力面に共通に設け,更に,複数の入力面を2個の超音波受信器を結ぶ線とは直交しない面に限定することで,十分実用に耐えられる座標入力装置を提供することができる。2個の超音波受信器を結ぶ線と入力面とが直交する場合,入力面内の入力デバイスから2個の超音波受信器までの距離が,複数通り存在することになり,入力デバイスの座標を特定することができなくなるからである。
【0011】
更に,上記の発明では,2個の超音波受信器によって,入力面内の入力デバイスの座標を求めるために,2個の超音波受信器と前記複数の入力面との位置関係をあらかじめ初期設定する。この位置関係があらかじめ設定されれば,複数の入力面内の入力デバイスの位置を,入力デバイスから2つの超音波受信器までの距離により求めることができる。
【0012】
好ましい実施例では,このような設定は,座標入力装置を使用する前に初期値設定として行われ,コンピュータのメモリ内に設定値として記録される。例えば,入力面を2次元座標面とし入力面に垂直な方向を第3の座標軸とする三次元座標を設定し,当該三次元座標系における2個の超音波受信器の座標値を,入力面毎に初期設定する。それぞれの入力面の三次元座標系における2個の超音波受信器の座標値が設定されることにより,その後の入力面内の入力デバイスの座標値が,入力デバイスと2個の超音波受信器との間の距離から求められる。
【0013】
好ましい実施例では,2個の超音波受信器と入力面との距離が複数の入力面間で異なるように,複数の入力面の位置が設定される。そして,入力面の範囲をそれぞれの三次元座標系において初期設定しておくことで,入力デバイスの座標値が初期設定された入力面の範囲内か否かをチェックすることで,いずれの入力面からの座標入力かを検出することができる。
【0014】
上記の目的を達成するために,本発明の別の側面は,複数の入力面からの座標入力を可能にする座標入力装置において,
超音波送出器を有する入力デバイスと,
前記複数の入力面に直交しない方向に並べて配置され,前記超音波送出器から送出された超音波を受信する2個の超音波受信器と,
前記入力デバイスと超音波受信器との間の同期をとる同期手段と,
前記2個の超音波受信器と前記複数の入力面との位置関係を設定する入力面設定部と,
前記2個の超音波受信器により受信される超音波信号の前記入力デバイスからの伝播時間に従って,前記入力デバイスから前記2個の超音波受信器までのそれぞれの距離を生成し,当該2つの距離にしたがって前記設定された複数の入力面内の入力座標を生成する入力座標生成部とを有することを特徴とする。
【0015】
上記の発明において,より好ましい実施例では,前記入力面設定部は,前記入力面上に二次元座標(X,Y)をとり当該入力面に直交する方向に第3の座標軸(Z)をとった場合の三次元座標系における,前記2個の超音波受信器の座標値を,前記複数の入力面それぞれに対して設定し,
前記入力座標生成部は,前記2つの距離にしたがって,前記三次元座標系における前記入力デバイスの座標値を生成することを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下,図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら,かかる実施の形態例が,本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【0017】
図1は,本実施の形態例における2個の超音波受信器と複数の入力面との関係を示す図である。図1には,表示画面2を有するノート型のパーソナルコンピュータ1と,それに接続されるマウス3とが示される。そして,このコンピュータ1に対して,複数の入力面S1,S2,S3上で入力デバイス4を移動させると,それぞれの入力面内の座標がコンピュータ1に入力され,コンピュータの表示画面2内の所望の位置を入力したり入力デバイス4の軌跡を表示したりすることができる。
【0018】
本実施の形態例における座標入力装置は,超音波送出器を有する入力デバイス4と,所定の箇所に取り付けられ超音波送出器から送出された超音波を受信する2個の超音波受信器R1,R2とを有する。入力デバイス4は,超音波送出器が設けられていれば良いが,例えば後述するペン型の入力デバイスが好ましい。
【0019】
更に,超音波信号が送出されるタイミングを特定するために,同期手段が設けられる。例えば,入力デバイス4から赤外線が送出され,受信器R1,R2の近傍に設けた図示しない受光素子によりその同期タイミングが検出される。
【0020】
入力デバイス4から送出された超音波信号は,受信器R1,R2に受信され,上記同期手段との時間差により入力デバイス4からそれぞれの受信器R1,R2までの距離La,Lbが求められる。この距離La,Lbから入力デバイス4の入力面内の位置が検出される。
【0021】
本実施の形態例では,2個の超音波受信器を利用して,三次元空間内に配置される複数の入力面からの座標入力を可能にする。三次元空間内の入力デバイスの位置を検出するためには,原理的には3個の超音波受信器が必要である。本実施の形態例では,コスト削減の為に,入力面の位置に一定の制限を与えて,2個の超音波受信器により複数の入力面内の位置を検出できるようにする。
【0022】
かかる一定の制限は,2個の超音波受信器を結ぶ線と入力面とが直交しないようにすることである。両者は,できるだけ90度から離れた関係を持つことが好ましい。2個の超音波受信器を結ぶ線と入力面とが直交すると,入力面内の入力デバイスと2個の超音波受信器との距離の組合せから,入力面内の位置が一義的に特定されないからである。更に,一定の制限は,複数の入力面と2個の超音波受信器との位置関係が,あらかじめ設定されることである。例えば,入力面上に設定した三次元座標系における2個の超音波受信器の座標値が,初期設定される。或いは,別の例では,超音波受信器から入力面に下ろした垂線の長さが,あらかじめ設定される。若しくは,超音波受信器を原点とする座標系における入力面の位置が初期設定される。この初期設定値により,入力面内の入力デバイスの座標は,未知数が2個になり,2個の超音波受信器であってもその座標値を検出することが可能になる。
【0023】
複数の入力面S1,S2,S3と2個の超音波受信器R1,R2との位置関係の初期設定について説明する。両者の位置関係を設定する方法は,(1)それぞれの入力面に対して入力面を二次元座標面とする三次元座標系を設定し,その三次元座標系における超音波受信器R1,R2の座標値を設定する,(2)超音波受信器R1,R2に対して三次元座標系を設定し,その三次元座標系における複数の入力面の座標値と傾きなどを設定する等が考えられる。むろん,任意の三次元座標系を設定して,その中における超音波受信器と入力面の位置を設定してもよい。
【0024】
本実施の形態例では,上記の(1)の方法により両者の位置関係が設定される。第1に,入力面S1に対して,入力面S1上にX1,Y1軸を,入力面S1に直交する方向にZ1軸を設定し,この三次元座標系X1-Y1-Z1における超音波入力器R1,R2の座標値を初期設定する。
【0025】
図2は,入力面と超音波受信器との位置関係の設定方法を説明する図である。上記の通り,入力面S1に対して,三次元座標系X1-Y1-Z1が設定される。これは,例えばオペレータが,入力面内にX1,Y1の座標軸を記入することにより行われる。そして,X1,Y1の二次元座標内の既知の3点,例えば,原点P10(0,0,0),X1軸上の点P11(x11,0,0),Y1軸上の点P12(0,y11,0)から,入力デバイスにより超音波を発信し,図示されるとおり,それぞれの点P10,P11,P12と超音波受信器R1,R2との距離La10,Lb10,La11,Lb11,La12,Lb12を求める。
【0026】
そこで,超音波受信器R1,R2の未知の座標値を,R1(xa1,ya1,za1),R2(xb1,yb1,zb1)とすると,
点P10と受信器R1,R2との距離La10,Lb10に対して,
xa12+ya12+za12=La102 (1)
xb12+yb12+zb12=Lb102 (2)
点P11と受信器R1,R2との距離La11,Lb11に対して,
(x11−xa1)2+ya12+za12=La112 (3)
(x11−xb1)2+yb12+zb12=Lb112 (4)
点P12と受信器R1,R2との距離La12,Lb12に対して,
xa12+(y11−ya1)2+za12=La122 (5)
xb12+(y11−yb1)2+zb12=Lb122 (6)
となり,6個の未知数,R1(xa1,ya1,za1),R2(xb1,yb1,zb1)は,上記(1)〜(6)の6式の連立方程式から解くことができる。
【0027】
図1の入力面S2,S3と超音波受信器R1,R2との関係も,同様にして求めることができる。そして,各入力面に対する超音波受信器の座標値が,初期値として設定され,後述する座標入力制御部により記憶される。
【0028】
図1に戻り,それぞれの入力面の座標系における超音波受信器の座標値
R1(xa1,ya1,za1),R2(xb1,yb1,zb1)
R1(xa2,ya2,za2),R2(xb2,yb2,zb2)
R1(xa3,ya3,za3),R2(xb3,yb3,zb3)
が初期設定された状態で,入力面S1上の任意の位置P1(x1,y1,0)から入力デバイスが超音波を発信して座標入力を行うと,2個の超音波受信器R1,R2までの距離La1,Lb1がそれぞれ検出される。その結果,次の式が成り立つ。
【0029】
(x1−xa1)2+(y1―ya1)2+za12=La12 (7)
(x1−xb1)2+(y1―yb1)2+zb12=Lb12 (8)
この連立方程式を解くことで,入力座標値P1(x1,y1,0)が求められる。入力面S2,S3上での入力座標も,同様にして求めることができる。
【0030】
本実施の形態例では,どの複数の入力面から座標値を入力しても自動的に検出できるようにするために,入力面と超音波受信器との距離が,お互いに重なり合わない範囲に,各入力面の位置を制限する。即ち,初期設定の段階で,入力面の領域範囲がそれぞれ入力デバイスにより設定される。
【0031】
図2に示される通り,初期設定において,X,Y座標の最小となる入力点P13と,最大となる入力点P14とから,入力デバイスにより座標入力が行われる。上記の通り,点P13からの超音波発信により点P13の座標値(x13,y13,0)が求められ,同様に点P14からの超音波発信により点P14の座標値(x14,y14,0)が求められる。これらの2つの座標値を初期設定しておくことにより,入力面S1上での入力座標値(x1,y1,0)を求めたとき,次の関係が満たされるとき,入力面S1からの座標入力であると判定することができる。
【0032】
x13<x1<x14 (9)
y13<y1<y14 (10)
上記の判定方法を利用するためには,入力面と超音波受信器との距離が,お互いに重なり合わない範囲に,各入力面の位置を制限する。即ち,入力面S2,S3を2個の超音波受信器R1,R2を結ぶ線を中心に回転して入力面S1のX1−Y1の二次元座標面上に投影した領域S2’,S3’が,入力面S1の領域と重ならないように制限する。
【0033】
そうすることにより,任意の入力面からの座標入力が行われた時,上記(9)(10)の関係が満たされた場合は,入力面S1からの座標入力であると判定することができる。前記投影した領域S2’,S3’が入力面S1の領域と重なる場合は,上記(9)(10)が満たされる場合でも,入力面S2,S3からの入力された可能性もある。従って,初期設定の段階で,各入力面の座標値の最小点と最大点の座標入力が行われた時に,上記領域の重なりが判定され,重なる場合は何らかの警告が出力されることが好ましい。尚,入力範囲が矩形でない場合も,矩形の集合として同じように考えれば良い。但し,入力デバイスからの座標入力のたびに,どの入力面からの入力かを座標入力装置に与えるようにするのであれば,上記の領域の重なりを禁止する必要はない。
【0034】
以上,本実施の形態例の初期設定をまとめると,2個の超音波受信器が所定の位置に設置され,それらを結ぶ線と直交しない方向に複数の入力面が設置される。そして,オペレータは,それぞれの入力面から既知の3点から入力デバイスにより超音波を発信し,入力面の三次元座標系における2個の超音波受信器の座標値が求められ,初期設定される。次に,各入力面における座標の最小点と最大点の座標入力を行い,入力面の領域を初期設定する。この時,領域が重ならないように適宜警報が出力され,オペレータはそれに応答して,入力面の位置を変更する。上記初期設定が終了後,オペレータは各入力面上で,座標入力を行う。座標入力装置は,入力デバイスと2個の超音波受信器との距離から,入力面の二次元座標を求める。そして,求めた二次元座標値が初期設定された入力面の領域範囲か否かをチェックし,どの入力面からの入力かを自動判別する。
【0035】
図3は,本実施の形態例におけるより簡略化された入力面の例を示す図である。この例は,部屋の中の2つの壁上(垂直面)に入力面S1,S2が,1つの机上(水平面)に入力面S3が設置される。そして,2個の超音波受信器R1,R2は,それらを結ぶ線が入力面S1,S2,S3のいずれとも直交することが禁止されるので,図3の例では,受信器R1,R2は,第1の入力面S1上であって,垂直線に対して45度の角度上に並ぶように設置される。受信器を結ぶ線と入力面とのなす角度が90度から離れるほど,高精度に入力面内の位置を検出することができる。
【0036】
更に,理解を容易にするために,入力面S1の三次元座標X1,Y1,Z1を,受信器R1を原点とし入力面S1をX1,Y1軸とするように設定し,入力面S2の三次元座標X2,Y2,Z2は,受信器R1から入力面S2に垂線を下ろした点を原点とし入力面S2をX2,Y2軸とするように設定し,更に,入力面S3の三次元座標X3,Y3,Z3は,受信器R1から入力面S3に垂線を下ろした点を原点とし入力面S2をX3,Y3軸とするように設定する。それぞれのZ軸は,入力面に垂直になる。
【0037】
このように各入力面の三次元座標軸が設定されると,入力面S1の三次元座標X1,Y1,Z1における受信器R1,R2の座標値は,
R1(0,0,0),R2(e,−e,0)
になる。また,受信器R1から第2の入力面S2までの垂線の長さをgとすると,入力面S2の三次元座標X2,Y2,Z2における受信器R1,R2の座標値は,
R1(0,0,−g),R2(0,−e,−g−e)
になる。更に,受信器R1から第3の入力面S3までの垂線の長さをhとすると,入力面S3の三次元座標X3,Y3,Z3における受信器R1,R2の座標値は,
R1(0,0,h),R2(e,0,h−e)
になる。これらの位置関係を示す受信器の座標値は,初期値として記録される。
【0038】
上記の受信器の座標値は,図2で説明した通り,それぞれの入力面内の既知の3点から超音波を発信することにより,求められる。或いは,予め長さe,g,hが分かっている場合は,直接座標値を入力することも可能である。
【0039】
そして,第1の入力面S1内の入力座標P1(x1,y1,0)は,2個の超音波受信器R1,R2までの距離をLa1,Lb1とすると,前述の(7)(8)式と同様に,
x12+y12=La12
(x1−e)2+(y1+e)2=Lb12
となり,この連立方程式を解くことで,入力座標P1(x1,y1,0)が求められる。
【0040】
同様に,第2の入力面S2内の入力座標P2(x2,y2,0)は,2個の超音波受信器R1,R2までの距離をLa2,Lb2とすると,前述の(7)(8)式と同様に,
x22+y22+g2=La22
x22+(y2+e)2+(g+e)2=Lb22
となり,この連立方程式を解くことで,入力座標P2(x2,y2,0)が求められる。
【0041】
同様に,第3の入力面S3内の入力座標P3(x3,y3,0)は,2個の超音波受信器R1,R2までの距離をLa3,Lb3とすると,前述の(7)(8)式と同様に,
x32+y32+h2=La32
(x3−e)2+y32+(h−e)2=Lb32
となり,この連立方程式を解くことで,入力座標P3(x3,y3,0)が求められる。
【0042】
図3の例の場合も,入力面S1の領域と,直線R1−R2を中心にして入力面S2,S3を回転して,入力面S1上に投影した面S2’,S3’(図示せず)の領域とが,お互いに重なり合わないように各入力面を設置することで,いずれの入力面からの座標入力かを自動認識することができる。
【0043】
図4は,入力デバイス4の構成例を示す図である。図4(A)に示された入力デバイスは,ペン構成の入力デバイスである。ペン内にはペン先端に出し入れ可能なボールペン芯16が設けられ,筆記時におけるボールペン芯16と筆記面との接触を検出するための感圧スイッチ19が設けられる。ペンの先端にはさらに,円筒状の超音波発信器17と赤外線LED18が設けられる。円筒状の超音波発信器17は,例えばポリフッ化ビニリデン製の円筒状の圧電フィルムからなり,円筒形であるため,360度の指向性を持たせることができ,ペンが回転しても超音波が全方位に同じように発信して超音波受信器に届くことができる。赤外線LED18は,指向性180度のものを対角線上に2個配置し,やはりペンが回転しても赤外線が同じように受信器近傍に設けた図示しないフォトディテクタPDに届くようになっている。さらに,駆動回路20と,充電電池21と,コンピュータの図示しないホルダにある時にホルダ側電極と接触して充電電池に充電できる電極と,ホルダにある時に超音波を発生する信号をコンピュータからから送出する信号を伝える電極が付いている。ホルダについては,後述する。
【0044】
図4(B)には,ペン型の入力デバイスの内部ブロック図が示される。ボールペン芯16と筆記面との接触,または,後述する芯が中に入っている時のペン先と筆記面との接触を検知する接触検知スイッチ19により接触が検知されると,タイマ23により生成される一定周期で,LED駆動回路24と超音波駆動回路25がそれぞれ活性化され,赤外線LED18から赤外線が,超音波発信器17から超音波パルスがそれぞれ送出される。この送出の周期は,人間の手によるペンの動きが安定的に検出できる程度の時間であり,例えば周波数100Hz程度に設定されている。さらに,後述する通り,ホルダ接触電極22経由でコンピュータ側からの信号で超音波パルスを発生することもできる。
【0045】
上記の赤外線LED18と,超音波受信器近傍に設けられた赤外線受信器PDとで,超音波送出の同期手段を構成する。赤外線の受信時と超音波受信時との時間差が,ペン型の入力デバイスと超音波受信器との間の超音波伝播時間に該当する。
【0046】
図5は,ペン型入力デバイスのボールペン芯の出し入れ機構を示す図である。ペンの横に設けられた切換レバー27をスライドさせることで,ボールペン芯16をペン先から出し入れすることができる。接触検出スイッチ19,26は,ボールペン芯の根元とペン先に付いている。芯16が出ている状態(a)では,芯の根元のスイッチ19により芯と筆記面との接触を検知する。芯が入っている状態(b)では,スイッチ26によりペン先と筆記面との接触を検知する。ボールペン芯により実際の図面を描くことができる入力面では,ボールペン芯が先端部に突出し,描画できない入力面では,その面が汚れてしまうため芯を中に入れて使用する。
【0047】
図6は,コンピュータに内蔵されたもしくは超音波受信器R1,R2と一体に配置された超音波受信部のブロック図である。また,図7は,超音波受信部でのタイミングチャート図である。超音波受信器R1,R2は,ペン型入力デバイスからの超音波パルスSA1,SA2を,赤外線受光素子PDは赤外線パルスIRをそれぞれ検出する。ペン型入力デバイスからの超音波パルスSA1,SA2は,超音波受信器R1,R2で検出後,入力アンプ32で増幅される。
【0048】
受信された超音波受信波は,図7に示されるような波形となる。そこで,コンパレータ33で適当な閾値rt1よりも大きいかどうかが検出され,受信波が閾値rt1を越えるタイミングでフリップフロップ34がONされる。さらに,零クロスコンパレータ35で受信波のゼロクロスが検出され,フリップフロップ34とゼロクロスコンパレータ35の出力の論理積36により,受信波が閾値rt1を越えた次の零クロス位置が検出される。この時刻が,超音波パルスの到達時刻となる。そこで,赤外線同期信号IRの受信時刻から超音波パルスの到達までの超音波伝搬時間T1が,タイマ37により検出される。 受信器R2に関しても同様に伝搬時間T2が検出される。
【0049】
これらの伝播時間T1,T2は,後述する座標入力制御部40に供給される。そして,座標入力制御部40は,超音波伝搬時間T1,T2から入力座標を求める。
【0050】
図8は,座標入力制御部の構成図である。座標入力制御部40は,前述の受信部30が生成した超音波伝播時間T1,T2から入力面上の入力座標を生成する入力座標生成部42と,入力座標生成部42により生成された入力座標が供給される表示制御部44と,入力面の初期設定時に初期設定値を入力して記録する入力面設定部41とを有する。
【0051】
図3に戻って,座標入力装置の初期設定について再度説明する。図9は,入力面の初期設定のフローチャート図であり,図10は,それにより設定された入力面設定データの例を示す図である。
【0052】
最初に,超音波受信器R1,R2を,2つを結ぶ線が入力面として利用したい面S1,S2,S3に対して直交しない位置に設置する。図1に示された例では,入力面S1が設けられた壁(同じ面)上に,両者を結ぶ線が水平線に対して45度傾いた状態で設置される(S11)。更に,入力面毎に,入力面上にX−Y座標を,入力面に垂直にZ軸を有する三次元座標系を設定する。そして,入力面内の既知の3点から入力デバイスにより超音波IRを発信すると,受信部30がそれぞれの伝搬時間T1,T2を求め,入力面設定部41が,前述の通り,各入力面の三次元座標系における超音波受信器R1,R2の座標値を求めて,メモリ43に記憶する(S12)。上記の既知の3点は,例えば原点とX,Y軸上の所定の点とあらかじめ設定されているものとする。
【0053】
図3の例では,入力面S1の座標系X1−Y1−Z1に対して,
R1(0,0,0),R2(e,−e,0)が設定され,
第2の入力面S2の座標系X2−Y2−Z2に対して,
R1(0,0,−g),R2(0,−e,−g−e)が設定され,
第3の入力面S3の座標系X3−Y3−Z3に対して,
R1(0,0,h),R2(e,0,h−e)が設定される。
【0054】
次に,各入力面内の座標の最小点と最大点から入力デバイスにより超音波を発信すると,入力座標生成部42が両点の座標値を求め,この求められた座標値が,各入力面の範囲としてメモリ43に記憶される(S13)。
【0055】
第1の入力面S1では,点P13(x13,y13)と点P14(x14,y14)の座標値が記憶され,第2の入力面S2では,点P23(x23,y23)と点P24(x24,y24)の座標値が記憶され,第3の入力面S3では,点P33(x33,y33)と点P34(x34,y34)とが記憶される。これらの点は,既知であれば,キーボードから入力しても良い。
【0056】
この場合,前述の通り,入力面の領域が2個の超音波受信器との距離の関係から,互いに重なり合わないことが確認される。重なり合うことが検出されると,入力面の移動がオペレータに知らされる。
【0057】
初期値設置の最後は,各入力面とコンピュータ1の表示画面との変換パラメータの設定である(S14)。入力面とコンピュータの表示画面2との間には,回転成分と,オフセット成分と,スケール成分において,異なることが予想される。従って,それらのパラメータをあらかじめ求めておくことで,入力面の座標値をコンピュータの表示画面2内の座標値に変換することができる。
【0058】
この変換パラメータを求めるためには,例えば,入力面の既知の3点とコンピュータの表示画面の既知の3点との対応をとれば良い。例えば,コンピュータの表示画面2内の既知の3点に入力座標位置を移動させ,それぞれの位置で座標入力を行う。入力デバイスからの超音波発信により,各入力面での二次元座標値が求められる。そして,両面の座標値の関係から,入力面上の座標(x1,y1)から表示画面2内の座標値(xd,yd)への変換式が,以下の通り求められる。
【0059】
xd=a1・x1+b1・y1+x01
yd=c1・x1+d1・y1+y02
この場合,a1,b1,c1,d1は,両座標系間の回転パラメータとスケールパラメータであり,x01,y01はオフセットパラメータである。これらのパラメータ値も初期値として各入力面毎に記憶される。尚,工程S12で使用した既知の3点を利用すれば,超音波を再発信せずに済むためより簡単になる。
【0060】
以上,入力面設定部41により,図10に示される通り,各入力面毎に初期値が設定され,記憶される。
【0061】
その後,各入力面から入力デバイス4により座標入力を行う場合は,入力デバイス4からの赤外線同期信号と超音波から,受信部30が超音波の伝播時間T1,T2を求め,入力座標生成部42が,伝播時間T1,T2から各入力面上の二次元座標を計算し,各入力面の座標値と各入力面の範囲とを比較してどの入力面からの座標入力かを検出する。そして,前述の変換式によって入力面上の二次元座標をコンピュータの表示画面内の二次元座標に変換する。その求められた二次元座標値が表示制御部44に与えられる。表示制御部44は,例えばフレームメモリ内の二次元座標値に対応する位置に,所定の表示を行う。そして,その状態が表示部45に表示される。
【0062】
次に,図11〜図14にしたがって,本実施の形態をノート型パソコンに適用した場合について説明する。図11は,ノート型パソコン1と入力面との関係を示す図である。この例での入力面は,ノート型パソコン1のディスプレイ面S1と,キーボード手前の筐体の上面S2と,筐体を置く机の面S3である。ペンタイプの入力デバイス4によりディスプレイ面S1上で筆記すると,入力デバイス4の位置が検出されディスプレイに反映される。即ち,いわゆるタッチパネル方式と同様になる。筐体上面S2で入力デバイス4により筆記すると,筐体上面S2での位置が検出されディスプレイに反映される。従って,筐体上面に組み込まれたタブレットと同じ機能を果たす。さらに,ペン先端は出し入れ可能なボールペン芯となっており,机上に置いた紙にボールペンで筆記すると,その位置が検出される。その結果,紙に筆記されるのと同じ文字または画像をコンピュータに入力することができる。
【0063】
2個の超音波受信器R1,R2は,ディスプレイS1の上辺の左右端に配置され,上辺の中央に赤外線受信器(フォトダイオードPD)が配置される。入力面S2の筐体上面にはペンホルダ46が設けられ,ペン4を使用しない時にはペンホルダ内に置いておく。ペンホルダに置くと,パソコン1からペン内の充電池に充電されるようになっている。また,ペンホルダ46に入力ペン4が置かれている時には,パソコン1からのホルダ接触電極経由の指令で超音波を送出できるようになっている。後述するとおり,入力面S2の既知の位置から超音波を送出して受信器R1,R2までの距離を求めることにより,ノート型パソコンのディスプレイの傾き角度を自動的に検出することができる。
【0064】
ディスプレイの入力面S1上の位置は,二次元座標であるので2個の超音波受信器R1,R2により求めることが可能である。一方,超音波受信器R1,R2と異なる面である入力面S2,S3は,それぞれの三次元座標系が初期設定で設定され,それぞれの座標系における受信器R1,R2の座標値が求められる。更に,初期設定では,入力面S1,S2,S3の範囲も設定され,それら入力面と表示画面の座標変換パラメータも設定される。かかる初期設定が終われば,ペン型の入力デバイス4により,いずれの入力面S1,S2,S3からも座標入力を行うことができる。
【0065】
図12は,入力面での入力デバイスの位置の検出を説明する図である。図12(a)は,ディスプレイの入力面S1上の点P1に入力デバイス4が位置する場合である。入力デバイスから受信器R1,R2までの超音波伝播時間T1,T2が検出されると,超音波の速度Vとすると,それぞれの距離La1,Lb1は,伝播時間T1,T2と速度Vとの積により求められる。ディスプレイが入力面の場合は,三次元座標系を特定する必要はなく,単に二次元座標を考えれば良い。
【0066】
今仮に,受信器R1の位置を二次元座標X1-Y1の原点とすると,ディスプレイ面S1の幅をWとすれば,受信器R2の座標は(W,0)になる。したがって,入力面S1上の点P1(x1,y1)は,
x12+y12 = La12
(x1−W)2 + y12 = Lb12
の連立方程式をx1,y1について解けば,次の通り点P1の座標値x1,y1が求められる。
【0067】
x1 = (La12 − Lb12 + W2)/2W (11)
y1=−(La12−x121/2 (12)
ここで,入力面S1の縦長をD1とすると,0<x1<W,−D1 <y1<0 の場合には入力ペン4は第1の入力面S1にあることが判明する。
【0068】
次に,図12(b)によって入力ペンが第2の入力面S2上の点P2にある場合を説明する。この場合,入力面S2の三次元座標系X2-Y2-Z2は,受信器R1から入力面S2に垂線を降ろした点を原点として,両受信器R1,R2を結ぶ方向をX軸,水平方向にY軸,垂直方向にZ軸とするように設定されている。そして,受信器R1から第2の入力面S2までの垂線の長さがH1であるので,初期設定により,第2の入力面S2の三次元座標X2-Y2-Z2における受信器R1,R2の座標値は,R1(0,0,H1),R2(W,0,H1)に設定される。また,第2の入力面S2の範囲は,0<x2<W,−D1cosθ−D2<y2<−D1cosθに設定される。
【0069】
従って,入力面S2上の点P2(x2,y2,0)は,
x22+y22+H12 = La22
(x2−W)2 + y22 + H12 = Lb22
の連立方程式をx2,y2について解けば
x2= (La22 − Lb22 + W2)/2W (13)
y2= − (La22−x22−H121/2 (14)
と求められる。
【0070】
さらに,第3の入力面S3の三次元座標系X3-Y3-Z3におけるR1,R2の位置は,R1(0,0,H1+D3),R2(W,0,H1+D3)と設定される。また,入力面S3の範囲は,入力面S1,S2以外の範囲に設定される。そして,入力面S3上の点P3(x3,y3,0)も,上記と同様に以下の通り求められる。
【0071】
x3= (La32 − Lb32 + W2)/2W (15)
y3= − [La32−x32−(H1+D3)21/2 (16)
この実施の形態では,入力面S1,S2,S3の区別は,それぞれの座標系で求めた座標値が,初期設定した入力面の範囲にはいるか否かにより行われる。即ち,
0<x1<W, −D1 <y1<0なら,入力面S1,
0<x2<W,−D1cosθ−D2<y2<−D1cosθなら,入力面S2,
上記以外なら,入力面S3,
と判断される。
【0072】
距離H1は,ノート型パソコンのディスプレイ部の角度θによって変化する。ノート型パソコンの角度θは,通常いろいろな角度で使えるようになっている。そのため,ノートパソコンのディスプレイ部を開いて角度θが決まった時点で,前述の初期設定を行う必要がある。それにより,角度θと距離H1が校正される。
【0073】
また,音速Vは温度で変化し温度T(℃)の時
V=331.5+0.6×T [m/s]
で表せるため,温度が変化すると検出される入力点の位置がずれる。そこで,距離H1と同時に音速Vの測定(校正)も行うことが好ましい。
【0074】
本実施の形態例では,入力ペン4がペンホルダ46内に保持されている時にこの距離H1を測定することができる。図13は,かかる測定を説明する図である。図13において,入力ペンをペンホルダ46に入れている状態で,ペンの超音波発信部の位置がディスプレイ部の左下隅からDx,Dyの距離にあるとすると,入力面S2の座標系X2-Y2-Z2で,ペン位置Ph(x2,y2,0)は(Dx,−Dy−D1cosθ,0),受信器R1,R2の位置は,R1(0,0,D1sinθ),R2(w,0,D1sinθ)であるので,これらの間の距離La2,Lb2についての連立方程式に代入すれば,
(VT1)2=Dx2+(Dy+D1cosθ)2+(D1sinθ)2
(VT2)2=(Dx−W)2+(Dy+D1cosθ)2+(D1sinθ)2
であるから,これをVとθについて解けば
V={(W2−2WDx)/(T22−T12)}1/2
θ=arccos [[(VT1)2−Dx2−D12−Dy2]/2D1D2]
となる。
【0075】
すなわち,ペンホルダにある時にパソコンからペンホルダ同期信号が発生され,ホルダ接触電極経由で超音波駆動回路に信号を送り超音波パルスが送出され,受信部R1,R2で同期信号から超音波パルス到達までの時間T1,T2を測定することで,受信器R1,R2と入力面S2の関係,受信器R1,R2と入力面S2の距離H1=D1sinθ,を測定(校正または初期設定)することができる。
【0076】
ノート型パソコンのディスプレイ部が開いた時点で,校正を一度行っておけばよいが,使用中に角度が変化したり,温度が大きく変化した時には再度校正し直す必要がある。その場合,いちいち入力ペンをペンホルダに入れなくても,オペレータが校正をしたい時にパソコンに校正指定を出し,入力ペンでペンホルダの指定位置Phを入力すれば,同じ計算で校正を行うことができる。もちろん,この時には,受信器は赤外線PDで同期させる。
【0077】
さらに,入力ペンとは別個に常時位置Phに超音波発信器を内蔵しておくと,入力ペンを使用して座標入力している間でも常時校正を行うことができる。但し,その時には,入力ペンからの超音波と校正用発信器からの超音波が干渉しないように,入力ペンが空中にあって特定時間(例えば1秒)のあいだ赤外線や超音波の信号が送出されていないことを確認して校正するようにすればよい。
【0078】
さらに,ノートパソコンのディスプレイ部とキーボード部とのヒンジ部に角度センサを組込み,直接角度θを測定してもよい。
【0079】
さらに,表示部の特定位置,例えば,受信器位置と机上との高さH1+D3を距離センサで直接測定してもよい。その場合に,受信器R2を送信器として使用して超音波を発生させ,机面で反射した超音波を受信器で受信する超音波距離計を構成すれば,新たなセンサは不要になる。
【0080】
図14は,距離H2を求める別の方法を示す図である。この方法では,入力面S3上の既知の距離離れた2点の座標入力を行う。入力面S3上の点P3(x3,y3,0)とP4(x4,y4,0)が距離L34離れているとして,各点から受信器R1までの距離La3,La4及び受信器R2までの距離Lb3,Lb4が校正時に測定されると,
x32+y32+H22 = La32
(x3−W)2 + y32 + H22 = Lb32
x4 2+y42+H22 = La42
(x4−W)2 + y42 + H22 = Lb42
(x3−x4)2 + (y3−y4)2 = L342
の関係が成り立つ。
【0081】
未知数x3,x4,y3,y4,H2に対して5個の式があるので,これらを解けば第3の入力面S3と受信器R1との距離H2を求めることができる。例えば,紙に距離L34離して2点を印刷しておき,その紙を机上に適当に置き,その紙の2点を指定することで距離H2の校正ができる。この紙が,三次元座標系に対して回転や位置ずれがある場合は,紙に印刷した二次元座標軸の原点と一方の座標軸上の既知の点とから超音波を送出することで,距離H2に加えて,三次元座標と二次元座標との関係も初期設定することができる。
【0082】
また,上記の実施の形態例では,入力ペンに赤外線発光素子LEDを付けているが,受信ユニットに赤外線発光素子LEDを設け,入力ペンにその受光素子PDを付けて,入力ペンが同期信号の赤外線を受信したら超音波を発信するようにしても良い。
【0083】
また,受信ユニットに超音波送出器を2個,入力ペンに超音波受信器を1個付けても良い。この場合は,2個の超音波発信が混ざり合わないように発信を交互におこなえば良く,先ず,第1の発信器と入力ペンとの距離L1を測定し,次に第2の発信器と入力ペンとの距離L2を測定すれば良い。また,本実施の形態例では赤外線で同期をとっているが,無線や入力ペンに設けた有線で同期をとるようにしてもよい。
【0084】
尚,図11の例では,受信器R1とR2を結ぶ線が常に入力面と平行であるが,図1,3にて説明した通り,平行でなくても上記関係式を変形すれば同じように求めることができる。
【0085】
以上の実施の形態例では,赤外線を同期手段に利用して,1個の超音波送出器と2個の超音波受信器,或いは2個の超音波送出器と1個の超音波受信器とを利用して,複数の入力面上での入力デバイスからの座標入力を可能にした。同期手段は,無線や有線によっても実現できる。更に,同期手段として超音波を利用することも可能である。
【0086】
以下の例は,入力デバイスに超音波送出器を設け,2個の超音波受信器を所定の位置に設け,更に同期手段として追加の超音波受信器を利用する。そして,同期用の超音波受信器と2個の受信器との超音波受信時間差を利用することにより,複数の入力面からの入力座標を検出する。2個の超音波受信器の位置と複数の入力面との関係は,前述した実施の形態例と同じである。従って,以下の例では,合計で3個の超音波受信器が必要になる。しかし,赤外線を利用した同期手段が不要になるので,トータルのコストは従来例より低くなる。
【0087】
図15は,超音波を同期手段に利用した座標入力装置を示す図である。図11と同様にノート型パソコンのディスプレイ部の上部両端に2個の超音波受信器R1,R2を設けると共に,更に,同期手段用の超音波受信器Rsをその間に設ける。そして,入力ペン4から送出する超音波の同期用受信器Rsまでの伝播時間と,両端の2個の受信器R1,R2までの伝播時間との差を利用して,入力面S1,S2,S3での入力ペンの位置を検出する。
【0088】
図16は,上記の入力ペンである入力デバイスの構成を示す図である。図4と対応する箇所には同じ引用番号を与えている。図15の例では,入力ペンには同期手段としての赤外線発光素子LEDを設ける必要がない。従って,入力ペン4には超音波発信器17が接触検知スイッチ19とホルダ接触電極22により駆動される。接触検知スイッチ19がボールペン芯16が入力面に押しつけられたことを検出すると,タイマ23から一定周期でトリガ信号が発生され,超音波駆動回路24が超音波発信器17を駆動する。また,ホルダ接触電極22が駆動信号を受信した時も,同様に超音波発信器17が駆動される。
【0089】
図17は,2個の超音波受信器R1,R2と同期用の超音波受信器Rsが受信した超音波を処理する受信部の構成図である。図18は,受信した超音波のタイミングチャート図である。図17の受信部は,図6に示した受信部における赤外線受光素子PDの代わりに,超音波受信器Rsと,それに伴う入力アンプ32s,コンパレータ33s,フリップフロップ33s,ゼロクロスコンパレータ35s,及びANDゲート36sが設けられている。これらの動作は,超音波受信器R1,R2に対応する回路と同じである。
【0090】
従って,図18に示される通り,受信器R1,R2が受信する超音波は,それぞれ所定の閾値を越えた後のゼロクロス点のタイミングが検出され,検出信号Trg1,Trg2が生成される。また,受信器Rsが受信する超音波のタイミングも同様に検出され,同期用検出信号Trgsが生成される。そして,タイマ37aでは第1の受信器R1の受信タイミングTrg1と同期用受信器Rsの受信タイミングTrgsとの差T1が計測される。また,タイマ37bでは第2の受信器R2の受信タイミングTrg2と同期用受信器Rsの受信タイミングTrgsとの差T2が計測される。このタイミング差T1,T2にしたがって,座標入力制御部40で入力ペンの入力座標が求められる。
【0091】
図19は,入力ペンの位置の検出を説明する図である。最初に図19(a)の入力面S1の場合について説明する。2点との距離差が一定な点の軌跡は双曲線になるので,2点R1,Rsとの距離差と2点R2,Rsとの距離差によりそれぞれ特定される2つの双曲線の交点が,入力ペンの位置と考えることができる。そこで,入力面S1の場合,受信器R1,Rsとの距離差K1及び受信器R2,Rsとの距離差K2は,
K1=L1−Ls=VT1
K2=Ls−L3=VT2
であり,同期用受信器Rsを三次元座標系の原点とすると,入力点P1(x1,y1)は,2つの双曲線の式である
(x1+W/4)2 (4K12−W2)/4K12 + y12 = (4K12−W2)/16
(x1−W/4)2 (4K22−W2)/4K22 + y12 = (4K22−W2)/16
をx1,y1について解けば求まる。
【0092】
また, 入力面S2,S3の場合も同様に,入力点P2(x2,Y2),P3(x3,y3)が,2つの双曲線の式から求められる。
【0093】
この実施の形態例でも,2つの超音波受信器R1,R2を結ぶ線と直交しない入力面が利用可能である。その場合の初期設定,高さH1の校正方法は,前述の実施の形態例と同じである。また,受信器R1,R2,Rsは一直線上に等間隔で並んで設けられ,その直線は常に入力面と平行であるが,本実施の形態はそれに限定するものではなく,受信器R1,R2,Rsが一直線上になくてもよい。また,いずれの受信器を同期用としても良い。
【0094】
図20は,ノート型パソコンに取り付けられた座標入力装置の変形例である。この例では,2個の超音波受信器R1,R2をノートパソコン1の表示部とキーボード部の境界付近に配置する。この場合,入力面は表示部S1と机上S2が利用可能である。2つの受信器R1,R2は,表示部である第1の入力面S1とは同一の面上にあり,更に2つの受信器R1,R2から机上の第2の入力面S2までの高さは,表示部の傾きが変化してもほぼキーボード部の厚さである。したがって,表示部の傾きが変化してもその傾きを校正する必要がない。
【0095】
但し,この例では,キーボード部の表面は,受信器R1,R2からの距離が表示部と区別できないため,入力面としては利用することができない。但し,オペレータからコンピュータに対して,入力面をどこにするかを予め指示する機能をアプリケーションプログラムとして設けることができれば,座標入力生成部が表示部とキーボード部とを区別できるので,両方の面を入力面に利用することは可能である。
【0096】
図21は,更に,ノート型パソコンに取り付けられた座標入力装置の変形例である。この例では,2つの超音波受信器R1,R2と赤外線受光素子PDとが取り付けられ,内部に受信部30,入力座標生成部42,入力面設定部41及び初期設定値記録手段43など(図8参照)を有する受信ユニット46が利用される。この受信ユニット46が,例えばノート型パソコン1の表示部の左上に取り付けられ,前述の原理により3つの入力面S1,S2,S3からの入力座標が検出される。
【0097】
図22は,デスクトップ型パソコンに利用される座標入力装置の変形例である。この例では,CRTディスプレイ47の上部左の位置に受信ユニット46が取り付けられる。そして,入力面は,表示部S1とキーボード48の手前の机上の面S2が利用される。
【0098】
図23は,会議室に利用される座標入力装置の例である。会議室の黒板S1の上部両端に2個の超音波受信器R1,R2が設けられ,その中央に赤外線受光器PDが設けられる。そして,床面SFに並べられた複数の机上面S2〜S7も入力面として利用される。黒板S1は,コンピュータのスクリーンであっても良いし,プロジェクタの表示画面であっても良い。
【0099】
この場合は,机上面S2〜S7が同一面上に配置されるので,床面SFから机の高さシフトした面内における,それぞれの机上面S2〜S7の領域が予め登録される必要がある。それにより,それぞれの机上面での二次元座標が入力座標として図示しないコンピュータに記録される。
【0100】
[入力ペンの構成例]
図21で説明したとおり,本発明は,ノート型パソコンの表示画面に受信ユニット46を取り付け,表示画面S1と筆記面S3の初期設定を行うことにより,入力ペンを表示画面S1上または筆記面S3上でそれぞれの面に押しつけることで,パソコンに座標入力することができる。その場合,ノート型パソコン1の表示画面は,多くの場合液晶表示パネルが使用される。
【0101】
通常の液晶表示パネルの表面には薄いガラス板が設けられているため,通常の入力ペンでパネル表面にタッチすると表面のガラス板を損傷するおそれがあり,入力ペンがパネル表面のガラス板を損傷しないようにすることが必要である。パネル表面を保護するためにガラス板を厚くすることが考えられるが,特殊な構造の表示パネルとなり好ましくない。一方,紙などの筆記面には,筆記面に筆跡が残るようにボールペン芯などの筆記機能をもつ芯を有する入力ペンが適している。従って,入力ペンは,液晶表示パネル面S1と筆記面S3とで,異なる構成にする必要がある。
【0102】
本実施の形態における入力ペンは,上記の点を考慮して,紙などの筆記面用に,ボールペンなどの筆記できる芯を利用し,接触検知スイッチのストローク(ペン先を押し込んで止まるまでの芯の移動量)を比較的小さくて,筆記面への筆記を容易にする構成にする。一方,入力ペンは,液晶表示パネル用に,パネル表面を損傷しないように,柔らかいペン先を有し,且つ接触検知スイッチのストロークを長くし,パネル表面をタッチした時の押しつけ圧力が比較的弱い構成を有する。つまり,入力ペンのペン先が液晶表示パネル表面よりも固ければ,入力時にペン先がパネル表面に損傷を与えてしまうので,ペン先を柔らかくする。また,ペン先のパネル表面への押しつけ圧力が強いと,パネル表面のガラス板に大きな力がかかり,ガラス板が割れたりひびがはいったりするおそれがあるので,押しつけ圧力を弱くする。そして,接触検知スイッチがオンするためのペン先のストロークが短いと,例えペン先の押しつけ圧力が弱くても,ペン先がストロークだけ移動した後は大きな圧力がパネル表面にかかってしまうので,ストロークは比較的長いことが望まれる。
【0103】
図24は,本実施の形態例における入力ペンの構成図である。図24(A)は入力ペン全体の構成図,図24(B)は筆記面用のペン先構成図,図24(C)は表示パネル表面用のペン先構成図である。図24の入力ペン4は,一方の先端部に筆記面用のボールペン芯16が設けられ,他方の先端部に表示パネル表面用のタッチ芯50が設けられる。図24(A)に示されるとおり,入力ペン4の本体4aには,駆動回路20,駆動用電池21,赤外線LED18がそれぞれ設けられている。そして,一方の先端に,ボールペン芯16と第1の超音波発信器17aが,他方の先端に,タッチ芯50と第2の超音波発信器17bがそれぞれ設けられる。超音波発信器17は,それぞれ円筒状のポリフッ化ビニリデン製の圧電フィルムで構成され,360°の指向性を有する。また,赤外線LED18は,例えば指向性120°のLEDを120°おきに3個配置して,360°の指向性を実現している。360°の指向性を持たせることにより,入力ペンが回転しても,赤外線と超音波が受信ユニットに確実に到達することができる。
【0104】
図24(B)に示されるとおり,筆記面用のペン先の構成は,ボールペン芯16を収納する芯ホルダ54が,入力ペンの本体4a内に収納され,第1のばね52aにより下向きに圧力がかけられていて,第1の接触検知スイッチ19aの部分で上向きに止められている。ボールペン芯自体は,筆記することでインクが消耗して取り替える必要があるので,芯ホルダ54に脱着可能に収納される。そして,芯ホルダ54の上端とペン本体4aとの距離が,比較的短い第1のストローク56aを確保できる程度に設計されている。従って,入力ペン4のボールペン芯16を筆記面に押しつけると,芯ホルダ54の側面の突起と接触検知スイッチ19aとが離れて,ボールペン芯16の筆記面への接触を検知することができる。ペン先を筆記面に押しつけると,第1のばね52aが縮められ,押しつけ圧力が発生する。そして,第1のストローク56aだけ芯ホルダ54が移動すると,その上端部がペン本体4aに達して,入力ペン使用者の押しつけ圧力がそのままペン先に伝えられる。
【0105】
第1のストローク56aは,使用者の書き心地が悪くならないように,0.5mm以下が望ましく,例えば0.2mm程度にすることで使用者はストロークを殆ど感じずに通常のボールペン感覚で筆記できる。また,第1のばね52aの押しつけ圧力は,1gf程度と非常に小さく設定される。
【0106】
図24(C)に示されるとおり,タッチ芯50の先端には,表示パネル表面の損傷を防止するために柔らかい材料による先端保護部51が設けられている。そして,タッチ芯50の形状は,ボールペン芯の芯ホルダ54に類似して,側面突起部が第2の接触検知スイッチ19bで上向きに止められ,第2のばね52bにより下向きに圧力がかけられている。そして,タッチ芯50の上端とペン本体4aとの距離が,比較的長い第2のストローク56bを有する程度に設計されている。
【0107】
第2のストローク56bは,入力ペン使用者がパネル表面にタッチ芯50の先端が接触して内側に引き込まれるのを感知できるように,比較的長く,例えば2mm以上に設定されていることが好ましく,例えば3mm程度がより好ましい。また,第2のばね52bは,表示パネル表面に損傷を与えないように,例えば10gf以下の押しつけ圧力を有することが望ましく,例えば3gfの押しつけ圧力がより好ましい。第2のストローク56bが比較的長く,第2のばね52bの圧力が,パネル表面を損傷しない程度に小さいが,使用者に接触を感知させる程度に大きいので,タッチ芯50がパネル表面に接触して第2のストローク56b以下の距離だけペン本体4a側に後退する間に,使用者はタッチ芯の接触を感知することができる。
【0108】
入力ペンのペン先が筆記面やパネル面に接触して,接触検知スイッチ19がそれを検知すると,前述のとおり,タイマーによる一定周期で赤外線LED18より赤外線が送出され,更に超音波発信器17より超音波が送出される。その後の受信ユニットによる入力ペン座標の検出は,前述の通りである。
【0109】
入力ペンのペン先と超音波発信器との間にある程度の距離が存在する場合に,入力ペンを傾けて筆記面や表示パネル面に座標入力を行うと,入力位置に誤差が発生する。つまり,超音波発信器から受信ユニットまでの距離により入力座標が求められるので,超音波発信器とペン先との間の距離が大きくなると,入力座標に誤差が生じる。
【0110】
その場合,図24の入力ペンは,超音波発信器17a,17bがペン本体4aの上下に設けられているので,2つの超音波発信器を利用して,上記誤差をなくすことができる。
【0111】
図25に示すように,ペン4と受信器Rを含む平面を考える。ペン先Pに対して,第1の超音波送信器Taがペン先Pから距離aにあり,さらに,第2の超音波送信器Tbが第1の超音波送信器Taから距離b離れているとする。この時,第1の超音波送信器Taから受信器Rまでの距離をLa,第2の超音波送信器Tbから受信器Rまでの距離をLbとする。そして,三角形RPTb と三角形RTaTbとを考えると,
L2 =Lb2+(a+b) 2−2(a+b)Lb cosθ
La2=Lb2+b2−2 b Lb cosθ
となる。したがって,ペン先Pから受信器Rまでの距離Lは,
L={a2+ab+La2 (a+b)/b−Lb2 a/b}1/2
となる。
【0112】
ボールペン芯の先端から第1の超音波送信器までの距離とタッチ芯の先端から第2の超音波送信器までの距離をいずれも a にしておけば,どちらの芯を使用しても上式により,ペン先端Pと受信器Rまでの距離を正確に求めることができる。
【0113】
図26は,受信ユニットRにより検出される赤外線同期信号と超音波受信波とを示す図である。図24のボールペン芯が使用される場合は,第1の接触検知スイッチ19aが接触を検知した時は,赤外線発信後,第1の超音波発信器17aからパルスを発信し,更に遅延時間Tp後,第2の超音波発信器17bからパルスを発信する。受信器では,赤外線同期信号IRを受信した後,第1の超音波発信器からの超音波SA1,SA2の到達時間T1,T2を検出し,続けて第2の超音波発信器からの超音波SA1,SA2の到達時間T3,T4を検出する。到達時間T3,T4から遅延時間Tpを減算すれば,第2の超音波発信器からの実際のパルス到達時間が求まる。あとは,上記の計算式により,ペン先Pから受信器Rまでの距離Lを求めることができる。ペン先の芯が入力面に接触し続ける場合は,第1及び第2の超音波発信器が,交互に超音波パルスを送出する。
【0114】
図27は,入力ペンの別の構成例を示す図である。この例は,図28(A)に示されるように,入力ペン4の一端にのみ入力芯16と超音波発信器17とが設けられ,図27(B)(D)に示されるように,筆記面用のボールペン芯16と表示パネル面用のタッチ芯50とが交換可能にペン本体4aに取り付けられる。図28(C)は,タッチ芯50を収納するタッチ芯ホルダ58を示す。この例では,超音波発信器を1個設けるだけでよい。
【0115】
図28(B)に示される構成は,図24(B)と同じであり,ボールペン芯16は,芯ホルダ54内に脱着可能に収納されている。ボールペンのインクが消耗するとボールペン芯16を取り替える必要がある。そして,芯ホルダ54は,ペン本体4a内に収納され,第1のばね52aにより下向きに圧力をかけられ,側面の突起により接触検知スイッチ19で上向きに止められている。そして,芯ホルダ54は,第1のストローク56aだけ上下に移動可能である。第1のストロークの距離や第1のばねの圧力は,図24の場合と同じである。
【0116】
一方,図27(C)に示されるように,タッチ芯50は,タッチ芯ホルダ58に収納され,図27(D)に示されるように,タッチ芯ホルダ58が,芯ホルダ54に脱着可能に収納される。そして,タッチ芯ホルダ58内に収納されたタッチ芯50は,第2のばね52bにより下向きに圧力をかけられ,側面の突起により上向きに止められている。そして,タッチ芯ロッド60が十分な長さを有し,比較的長い第2のストローク56bが確保されている。タッチ芯50の先端には先端保護部51が取り付けられている。タッチ芯ホルダ58が芯ホルダ54に収納されると,図27(D)に示されるように,第2のばね52bにより小さい圧力が表示パネル面に与えられ,第2のストローク56bと第1のストローク56aの合計ストロークの範囲で,タッチ芯先端がペン本体内に後退する。ストローク範囲が十分長いので,ペン使用者は,その範囲のタッチ芯先端移動中に,入力ペンの表示パネル面への接触を感知することができる。
【0117】
図27の入力ペンにおいても,超音波発信器をペン本体の上端に設けることができる。そうすることにより,図25,26で説明したとおり,超音波発信器17とペン先との距離が長いことによる誤差をなくすことができる。
【0118】
図28は,入力ペンの別の構成例を示す断面図である。図28(A)が筆記面用のボールペン芯16が収納された状態の断面図,図28(B)が表示パネル面用のタッチ芯50が収納された状態の断面図である。この例では,ボールペン芯16とタッチ芯50とが同じ芯ホルダ54に脱着可能に収納され,ボールペン芯16を装着した時は比較的短い第1のストローク56aになり,タッチ芯50を装着した時は比較的長い第2のストローク56bになる。その為に,芯ホルダ54の中央部に中心方向に弾性力を有するストッパ60が設けられ,ボールペン芯16の上端16pは太くてストッパ60を外側に押し拡げて,ペン本体4aの段差で止まるようになり,タッチ芯50の上端50pは細くてストッパ60が内側にしぼみ,芯ホルダ54の上端がペン本体4aの穴の上端で止まるようになっている。その結果,第1のストローク56aは短く,第2のストローク56bは長くなる。この例では,ボールペン芯とタッチ芯を装着すると,自動的に対応するストロークになる。また,ばね52aにてタッチ芯装着時の押し下げ圧力が決まるので,ばね52aは,表示パネル面に損傷を与えない程度で,使用者に接触を感知させる程度の弾性力に設定される。
【0119】
図28の入力ペンは,ペン本体4aに設けられた手動スイッチによりストローク長さが変更されるようにすることもできる。
【0120】
図29は,入力ペンの更に別の構成例を示す断面図である。この例は,ボールペン芯にタッチ芯を取り付けることで,表示パネル面での座標入力を行う。図29(A)に示されるとおり,ボールペン芯16が芯ホルダ54に収納され,更に芯ホルダ54がペン本体4a内に収納されているスライド部62内に収納される。スライド部62には,ストッパ64を有して,ボールペン芯16を使用する時に芯ホルダ54の上端との間に第1のストローク56aを形成する機能と,タッチ芯を取り付けた時に,タッチ芯の先端が超音波発信器17から離れすぎないようにペン本体4aに後退するスライド機能とを有する。
【0121】
図29(A)は,筆記面用の入力ペンであり,スライド部62のスライドスイッチ66を下側にスライドさせることで,ペン本体4aの側部突起65によりストッパ64が内側に押し込められ,ストッパ64と芯ホルダ54の上端との間に第1のストローク56aが形成される。この例では,接触検知スイッチ19は,スライド部62に設けられている。
【0122】
図29(B)は,タッチ芯50を保持するタッチ芯ホルダ58を示す。このタッチ芯ホルダ58が,スライド部62の先端部の溝68に装着される。そして,図29(C)に示されるとおり,スライド部62のスライドスイッチ66を手動で上側にスライドされ,それに伴い,ストッパ64が爪65から外れて弾性力により外側に拡がり,第2のストローク56bがタッチ芯50のロッドの長さにより決定される。スライド部62が上側にスライドすることで,ペン本体先端の超音波発信器17がタッチ芯50の先端に近接する位置になる。図29(D)は,タッチ芯50が表示パネル面に接触して,内側に後退した状態である。ストッパ64が外側に開いているので,芯ホルダ54の上端がストッパ64より高い位置まで移動している。
【0123】
図30は,更に,入力ペンの別の構成例を示す断面図である。この例は,筆記面用のボールペン芯と表示パネル面用のタッチ芯とがノック式多色ボールペンの如くスライド72a,72bを押すことにより,切り換えられる構成を有する。ペン本体4a内にボールペン芯16を収納した芯ホルダ54aとタッチ芯50を収納した芯ホルダ52bとが,並べて収納されている。厳密には,ボールペン芯16が内側芯ホルダ54cに脱着可能に収納され,その内側芯ホルダ54cがばね52aにより外側芯ホルダ54a内で下向きに押し下げられ,接触検知スイッチ19aにより上側にストップされている。内側芯ホルダ54cの上端部形状により第1のストローク56aが形成される。同様に,タッチ芯50も,芯ホルダ54b内に収納され,ばね52bにより下向きに押し下げられ,接触検知スイッチ19bにより上側にストップされている。そして,タッチ芯50の上端部形状により比較的長い第2のストローク56bが形成される。ボールペン芯側とタッチ芯側のばねの弾性力は,上記の例と同じである。
【0124】
芯ホルダ54a,54bは,それぞればね68a,68bにより上側に押し上げられており,段差からなるラッチ70a,70bと,ノッチ71a,71bと,スライド72a,72bとが設けられている。そして,図30(A)の状態からスライド72bを押し下げることで,タッチ芯側のノッチ71bが押し下げられ,ボールペン芯側のノッチ71aを外側に押し広げる,ラッチ70aが固定部74の下端から外れ,ばね68aにより上側に戻される。一方,タッチ芯側のラッチ70bが固定部74の下端に止められて,タッチ芯50の先端がペン先端から突出した状態になる。これが,図30(B)の状態である。この状態で,スライド72aを下側にスライドすることで,図30(A)の状態になる。
【0125】
図31は,更に,入力ペンの別の構成例を示す断面図である。この例は,ボールペン芯16と中空のタッチ芯50とが同軸構造になっている。これにより,図30のペン本体より細くすることができる。また,ボールペン芯16とタッチ芯50とが,入力ペンの傾きによって自動的に出し入れされる構成になっている。机の上の筆記面から座標入力する場合は,ペン本体が垂直方向になり,ノート型PCの表示パネル面から座標入力する場合は,ペン本体が水平方向になる。その傾きを検出して,ボールペン芯とタッチ芯とが出し入れされる。
【0126】
ボールペン芯16は,ボールペン芯用の内側芯ホルダ54cに脱着可能に収納され,内側芯ホルダ54cが更に外側芯ホルダ54aに収納されている。ばね52aにより内側芯ホルダ54cが下側に押し下げられ,接触検知スイッチ19aで上向きに止められている。そして,第1のストローク56aが形成されている。また,タッチ芯50は,ペン本体4aに収納され,ばね52bにより下側に押し下げられ,接触検知スイッチ19bで上向きに止められている。
【0127】
図31(A)に示されるように,ペン本体が垂直方向にある場合は,下側に下がる錘76によりストッパ78の下端が支点80を中心にして内側に移動し,外側芯ホルダ54aの上端をストップさせる。これにより第1のストローク56aが形成される。図31(B)に示されるとおり,ペン本体が水平方向にある場合は,ばね52dの上側弾性力により錘76が下側に下がらず,ストッパ78の下端が外側に押し拡げられ,外側芯ホルダ54cがばね52cの上側弾性力により上側に移動する。その結果,中空のタッチ芯50がペン下端から突出する。この状態で,比較的長い第2のストローク56bが形成される。図31(C)は,タッチ芯50が表示パネル面に接触して内側に引き込まれた状態を示す。
【0128】
上記の例において,錘76とばね52dによりペンの傾きを検出したが,加速度センサのような傾きセンサを利用して自動的にボールペン芯とタッチ芯とを出し入れしても良い。または,手動によりボールペン芯とタッチ芯を出し入れしてもよい。その場合でも,ボールペン芯とタッチ芯とが同軸構造になっているので,ペン本体を細くすることができる。
【0129】
図21では,受信ユニット46がノート型PCの表示パネルの外周に取り付ける。この場合,筆記用紙面S3から座標入力する場合,入力中に筆記用紙の位置がずれてしまうと,受信ユニット46との相対的な位置が変化して,改めて初期設定をする必要がある。
【0130】
そこで,受信ユニット46がノート型PCの表示パネルに固定的に取り付けられたり,筆記用紙に固定的に取り付けられたりすることができれば,上記の筆記用紙の位置ずれに伴う初期設定のやり直しが不要になる。
【0131】
図32は,複数の入力面に対して自在に固定することができる受信ユニットを示す三方位図である。図32(A)が平面図,(C)が正面図,(B)が側面図である。この受信ユニットは,本体82に表示パネルや筆記用紙を突き当てる凹部からなる突き当てエッジ84が設けられ,更に,表示パネルや筆記用紙を挟むためのクリップ86,ばね87が設けられている。クリップ86の先端部88に表示パネルや筆記用紙が挟まれる。本体82の両端には超音波受信器R1,R2が設けられ,その間の中心位置に赤外線受光素子PDが設けられる。
【0132】
図33は,図32の受信ユニットの使用例を示す図である。受信ユニット46は,クリップを利用して,ノート型パソコンの表示パネル90の左上角に取り付けられる。表示パネル90の角部が突きエッジ84に整合して,位置合わせが容易に行われる。これにより,表示面S1と筆記面S3でのペン入力が可能になる。更に,受信ユニット46を筆記用紙92の左上角に取り付けることにより,筆記用紙92が位置ずれしても,受信ユニット46が固定されているので,改めてキャリブレーションを行う必要はない。なお,入力ペンの使用者が左利きの場合は,受信ユニット46は,表示パネルの右上角,筆記用紙の右上角にそれぞれ取り付けるのが好ましい。そうすることにより,超音波パルスや赤外線が入力ペンを持った手により遮られることが防止される。
【0133】
図34は,別の受信ユニットの構成図である。図34(A)が平面図,図34(B)が側面図である。この受信ユニットの特徴は,超音波受信器R1,R2と赤外線受光素子PDとが設けられる本体82が,略三角形の形状をなし,本体82が回転軸90を中心にして回転自在にクリップ本体86aに取り付けられている。クリップ本体86aは,略正方形をなし,その角部が一部薄く加工されて突き当てエッジ84がクリップ本体86aに対して直線上に形成されている。突き当てエッジ84を直線形状にすることで,受信ユニットが表示パネルの側面や筆記用紙の側面に取り付け可能になる。
【0134】
図35は,液晶表示パネルに受信ユニットを取り付けた状態を示す図である。表示パネルの左辺上部(位置A)や上辺左部(位置B)に取り付けることで,右利きの利用者が保持する入力ペンからの赤外線や超音波を受信することができる。但し,位置Aと位置Bとでは,クリップ本体に対する受信ユニット本体82の位置が90°異なっている。同様に,表示パネルの上辺右部(位置C)や左辺上部(位置D)に取り付けることで,左利きの利用者が保持する入力ペンからの赤外線や超音波を受信することができる。但し,この場合も位置Cと位置Dとでは,クリップ本体に対する受信ユニット本体82の位置が90°異なっている。いずれの場合も,2この超音波受信器を結ぶ線が入力面に対して略45°になるように,回転方向が調整されることが,入力座標の精度を高くするうえで望ましい。
【0135】
図36は,筆記用紙に受信ユニットを取り付けた状態を示す図である。図36(A)(B)は,横長の紙面92に対して受信ユニット46をそれぞれ左辺上部と上辺左部に取り付けた例である。いずれの場合も,クリップ本体に対して受信ユニット本体を適宜回転させ,2個の超音波受信器の面が横長方向を向くように設定される。また,図36(C)(D)は,縦長の紙面93に受信ユニットをそれぞれ取り付けた例であり,この場合も受信ユニット本体を適宜回転させて,超音波受信器の面が縦長方向を向くように調整される。
【0136】
上記の入力ペンは超音波発信器を有し,受信ユニット側に超音波受信器が設けられている。しかし,入力ペン側に超音波受信器を設け,入力面に取り付けられるユニットに2個の超音波発信器を設けても,同様に座標入力をすることができる。
【0137】
以上の実施の形態例をまとめると,以下の付記の通りである。
【0138】
(付記1)複数の入力面からの座標入力を可能にする座標入力装置において,
超音波送出器を有する入力デバイスと,
前記複数の入力面に直交しない方向に並べて配置され,前記超音波送出器から送出された超音波を受信する2個の超音波受信器と,
前記入力デバイスと超音波受信器との間の同期をとる同期手段と,
前記2個の超音波受信器と前記複数の入力面との位置関係を設定する入力面設定部と,
前記2個の超音波受信器により受信される超音波信号の前記入力デバイスからの伝播時間に従って,前記入力デバイスから前記2個の超音波受信器までのそれぞれの距離を生成し,当該2つの距離にしたがって前記設定された複数の入力面内の入力座標を生成する入力座標生成部とを有することを特徴とする座標入力装置。
【0139】
(付記2)付記1において,
前記入力面設定部は,前記入力面上に二次元座標(X,Y)をとり当該入力面に直交する方向に第3の座標軸(Z)をとった場合の三次元座標系における,前記2個の超音波受信器の座標値を,前記複数の入力面それぞれに対して設定し,前記入力座標生成部は,前記2つの距離にしたがって,前記三次元座標系における前記入力デバイスの座標値を生成することを特徴とする座標入力装置。
【0140】
(付記3)付記2において,
前記入力面設定部は,前記入力面上の既知の二次元座標を有する3点における前記入力デバイスからの超音波送出に応答して,前記2個の超音波受信器の座標値を生成することを特徴とする座標入力装置。
【0141】
(付記4)付記2において,
前記入力面設定部は,前記入力面内の二次元座標系と表示画面内の二次元座標系との関係を設定し,
前記入力座標生成部は,前記第1の座標値から前記関係にしたがって前記表示画面内の二次元座標系における第2の座標値を生成し,当該第2の座標値を入力座標として出力することを特徴とする座標入力装置。
【0142】
(付記5)付記4において,
前記入力面設定部は,前記表示画面内の所定の3点に対応する前記入力面内の3点における前記入力デバイスからの超音波送出に応答して,前記入力面と表示画面の二次元座標系の関係を生成することを特徴とする座標入力装置。
【0143】
(付記6)付記1において,
前記設定される複数の入力面は,前記超音波受信器からの距離がそれぞれ異なる位置に制限され,
前記入力座標生成部は,前記入力面上の位置にある前記入力デバイスから前記超音波受信器までの距離に従って,当該入力デバイスが入力しようとする入力面を特定し,前記入力デバイスの入力座標を生成することを特徴とする座標入力装置。
【0144】
(付記7)付記1において,
前記同期手段は,前記入力デバイスから送出される超音波信号を受信し,前記三次元座標内の既知の位置に設置される同期用超音波受信器を有し,
前記入力座標生成部は,前記入力デバイスから送出される超音波信号が前記2個の超音波受信器のいずれか一方と前記同期用超音波受信器とまでに伝播する時間の第1の差と,前記送出された超音波信号が前記2個の超音波受信器のいずれか他方と前記同期用超音波受信器とまでに伝播する時間の第2の差とにしたがって,前記入力デバイスの前記三次元座標内の位置を生成することを特徴とする座標入力装置。
【0145】
(付記8)付記1乃至7のいずれかにおいて,
前記2個の超音波受信器がコンピュータの表示画面の面内に設置可能であり,
前記複数の入力面は,前記表示画面及び当該表示画面が載置された第1の面を少なくとも含むことを特徴とする座標入力装置。
【0146】
(付記9)複数の入力面からの座標入力を可能にする座標入力装置において,
超音波受信器を有する入力デバイスと,
前記複数の入力面に直交しない方向に並べて配置され,前記超音波受信器に超音波を送出する2個の超音波送出器と,
前記入力デバイスと超音波送出器との間の同期をとる同期手段と,
前記2個の超音波送出器と前記複数の入力面との位置関係を設定する入力面設定部と,
前記超音波受信器により受信される超音波信号の前記入力デバイスからの伝播時間に従って前記入力デバイスから前記2個の超音波送出器までのそれぞれの距離を生成し,当該2つの距離にしたがって前記設定された複数の入力面内の入力座標を生成する入力座標生成部とを有することを特徴とする座標入力装置。
【0147】
(付記10)付記9において,
前記入力面設定部は,前記入力面上に二次元座標(X,Y)をとり当該入力面に直交する方向に第3の座標軸(Z)をとった場合の三次元座標系における,前記2個の超音波送出器の座標値を,前記複数の入力面それぞれに対して設定し,前記入力座標生成部は,前記2つの距離にしたがって,前記三次元座標系における前記入力デバイスの座標値を生成することを特徴とする座標入力装置。
【0148】
(付記11)付記1または9において,
前記入力デバイスは,
ペン型の本体と,
前記本体の先端に,第1の引き込みストロークを有して設けられ,入力面に筆記可能な筆記手段を有する第1の入力芯と,
前記本体の先端またはその他端に,前記第1の引き込みストロークよりも長い第2の引き込みストロークを有して設けられ,引き込まれた時に前記入力面に対して前記第1の入力芯よりも弱い押し下げ圧力で接触する第2の入力芯とを有することを特徴とする座標入力装置。
【0149】
(付記12)付記1において,
前記2個の超音波受信器を有する受信ユニットに,入力面材料を挟み込むクリップが設けられ,入力面材料の一端に当該受信ユニットが固定されることを特徴とする座標入力装置。
【0150】
(付記13)付記9において,
前記2個の超音波送出器を有する送出ユニットに,入力面材料を挟み込むクリップが設けられ,入力面材料の一端に当該受信ユニットが固定されることを特徴とする座標入力装置。
【0151】
(付記14)超音波を送受信することで,少なくとも表示パネル面と筆記面とを含む複数種類の入力面から入力座標をコンピュータ入力する座標入力装置において,
ペン型の入力デバイスと,
当該入力デバイスとの間で超音波を送受信する受信ユニットとを有し,
前記入力デバイスは,
ペン型の本体と,
前記本体の先端に,第1の引き込みストロークを有して設けられ,入力面に筆記可能な筆記手段を有する第1の入力芯と,
前記本体の先端またはその他端に,前記第1の引き込みストロークよりも長い第2の引き込みストロークを有して設けられ,引き込まれた時に入力面に対して前記第1の入力芯よりも弱い押し下げ圧力で接触する第2の入力芯とを有することを特徴とする座標入力装置。
【0152】
(付記15)付記14において,
前記本体の先端と他端にそれぞれ超音波送出器を設けて,前記第1または第2の芯が入力面に接触した時に,前記2つの超音波送出器が交互に超音波を送出することを特徴とする座標入力装置。
【0153】
(付記16)付記14において,
前記第1の入力芯と第2の入力芯とが,前記本体の先端部に取り替え可能に装着されることを特徴とする座標入力装置。
【0154】
(付記17)付記14において,
前記第1の入力芯が前記本体の先端部に取り付けられ,前記第2の入力芯が当該第1の入力芯の先端位置に着脱自在に取り付けられることを特徴とする座標入力装置。
【0155】
(付記18)付記14において,
前記第1の入力芯と第2の入力芯とが,前記本体内部に並列して設けられ,当該本体の先端部に一方の入力芯が突出し,他方の入力芯がそれより引き込まれることを特徴とする座標入力装置。
【0156】
(付記19)付記14において,
前記第1の入力芯と第2の入力芯とが,前記本体内部に同軸上に設けられ,当該本体の先端部に一方の入力芯が突出し,他方の入力芯がそれより引き込まれることを特徴とする座標入力装置。
【0157】
(付記20)付記19において,
前記本体の傾きに応じて,いずれか一方の入力芯が突出することを特徴とする座標入力装置。
【0158】
【発明の効果】
以上,本発明によれば,複数の入力面からの座標入力を可能にする座標入力装置を,同期手段と2個の超音波受信器により構成できるので,コストダウンを可能にする。
【0159】
以上,本発明の保護範囲は,上記の実施の形態例に限定されるものではなく,特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態例における2個の超音波受信器と複数の入力面との関係を示す図である。
【図2】入力面設定方法を説明する図である。
【図3】本実施の形態例における2個の超音波受信器と複数の入力面との関係を示す図である。
【図4】入力デバイスの構成例を示す図である。
【図5】ペン型入力デバイスのボールペン芯の出し入れ機構を示す図である。
【図6】超音波受信部のブロック図である。
【図7】超音波受信部でのタイミングチャート図である。
【図8】座標入力制御部の構成図である。
【図9】入力面の初期設定のフローチャート図である。
【図10】入力面設定データの例を示す図である。
【図11】ノート型パソコン1と入力面との関係を示す図である。
【図12】入力面での入力デバイスの位置の検出を説明する図である。
【図13】距離H1を求める方法を示す図である。
【図14】距離H2を求める別の方法を示す図である。
【図15】超音波を同期手段に利用した座標入力装置を示す図である。
【図16】図15の入力ペンである入力デバイスの構成を示す図である。
【図17】2個の超音波受信器R1,R2と同期用の超音波受信器Rsが受信した超音波を処理する受信部の構成図である。
【図18】図15において受信した超音波のタイミングチャート図である。
【図19】図15における入力ペンの位置の検出を説明する図である。
【図20】ノート型パソコンに取り付けられた座標入力装置の変形例である。
【図21】ノート型パソコンに取り付けられた座標入力装置の変形例である。
【図22】デスクトップ型パソコンに利用される座標入力装置の変形例である。
【図23】会議室に利用される座標入力装置の例である。
【図24】本実施の形態例における入力ペンの構成図である。
【図25】ペン4と受信器Rを含む平面を示す図である。
【図26】受信ユニットRにより検出される赤外線同期信号と超音波受信波とを示す図である。
【図27】入力ペンの別の構成例を示す図である。
【図28】入力ペンの別の構成例を示す断面図である。
【図29】入力ペンの更に別の構成例を示す断面図である。
【図30】入力ペンの更に別の構成例を示す断面図である。
【図31】入力ペンの更に別の構成例を示す断面図である。
【図32】複数の入力面に対して自在に固定することができる受信ユニットを示す三方位図である。
【図33】図32の受信ユニットの使用例を示す図である。
【図34】別の受信ユニットの構成図である。
【図35】液晶表示パネルに受信ユニットを取り付けた状態を示す図である。
【図36】筆記用紙に受信ユニットを取り付けた状態を示す図である。
【符号の説明】
S1,S2,S3 入力面
R1,R2 超音波受信器
Rs 同期用超音波受信器
PD 赤外線受光素子
4 入力デバイス,入力ペン
17 超音波発信器,超音波送出器
18 赤外線発光素子,LED
30 受信部
40 座標入力制御部
41 入力面設定部
42 入力座標生成部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a coordinate input device using ultrasonic waves for specifying a position on a screen or inputting a locus such as a handwritten character or a figure in a computer system.
[0002]
[Prior art]
Coordinate input devices for specifying the position on the computer screen and inputting the locus of handwritten characters and figures have been proposed using various principles. Among them, the coordinate input device using ultrasonic waves generates ultrasonic waves from the input pen, receives the ultrasonic waves by multiple receivers, and calculates the ultrasonic propagation time and ultrasonic velocity required from the input pens to the receivers. The distance between a plurality of receivers and the input pen is obtained, and the coordinates of the input pen are calculated and input to the computer.
[0003]
Such a coordinate input device using ultrasonic waves does not require a special configuration on the input surface like a resistive film type or electromagnetic induction type touch panel, and has various types such as a computer display screen, paper on a desk, and a blackboard. Coordinates can be input from a simple input surface.
[0004]
The proposed ultrasonic coordinate input device is provided with at least two receivers on the input surface, and receives two ultrasonic waves transmitted from the input pen in the input surface in synchronization with a certain synchronization signal. The coordinates in the input plane are obtained from each distance. Therefore, it is necessary to provide two receivers on each input surface.
[0005]
Further, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 9-179684 (published July 11, 1997), three ultrasonic receivers are provided in common to detect the coordinate value in the three-dimensional space of the input pen. , Inputting coordinates from a plurality of input surfaces is distinguished from each other. This ultrasonic coordinate input device enables coordinate input from an arbitrary input surface.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described coordinate input apparatus using ultrasonic waves requires three ultrasonic receivers in order to allow input from a plurality of input surfaces located in the three-dimensional space. In the above conventional example, in order to enable coordinate input from any input surface, it is necessary to provide three ultrasonic receivers and a receiving circuit for detecting the propagation time of each received wave, resulting in an increase in cost. It is.
[0007]
As a result of the study by the present inventor, there are not necessarily many requests for coordinate input from any input surface. If coordinates can be input from an input surface determined to some extent, such as an existing blackboard, an existing desk, or a computer display screen, It turns out that the demand can be fully met.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a coordinate input device that enables coordinate input from a plurality of input surfaces using only two ultrasonic receivers.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, one aspect of the present invention provides an input device having an ultrasonic transmitter and an ultrasonic device that is arranged in a direction not orthogonal to the plurality of input surfaces and is transmitted from the ultrasonic transmitter. Position relationship between two ultrasonic receivers for receiving sound waves, synchronization means for synchronizing the input device and the ultrasonic receiver, and the two ultrasonic receivers and the plurality of input surfaces And an input surface setting unit for setting the distance between the input device and the two ultrasonic receivers according to the propagation time of the ultrasonic signals received by the two ultrasonic receivers from the input device. The coordinate input device includes an input coordinate generation unit that generates and generates input coordinates of the set input surfaces according to the two distances.
[0010]
According to the above invention, two ultrasonic receivers are provided in common on a plurality of input surfaces, and further, the plurality of input surfaces are limited to surfaces that are not orthogonal to a line connecting the two ultrasonic receivers. Thus, it is possible to provide a coordinate input device that can withstand practical use. When the line connecting the two ultrasonic receivers and the input plane are orthogonal, there are multiple distances from the input device to the two ultrasonic receivers in the input plane. It is because it becomes impossible to specify.
[0011]
Further, in the above invention, in order to obtain the coordinates of the input device in the input surface by the two ultrasonic receivers, the positional relationship between the two ultrasonic receivers and the plurality of input surfaces is initially set in advance. To do. If this positional relationship is set in advance, the positions of the input devices in a plurality of input planes can be obtained from the distances from the input devices to the two ultrasonic receivers.
[0012]
In the preferred embodiment, such a setting is made as an initial value setting prior to using the coordinate input device and is recorded as a setting value in the memory of the computer. For example, a three-dimensional coordinate having the input surface as a two-dimensional coordinate plane and a third coordinate axis in the direction perpendicular to the input surface is set, and the coordinate values of two ultrasonic receivers in the three-dimensional coordinate system are set as the input surface. Initialize each time. By setting the coordinate values of the two ultrasonic receivers in the three-dimensional coordinate system of each input surface, the coordinate values of the input devices in the subsequent input surface are the input device and the two ultrasonic receivers. It is calculated from the distance between.
[0013]
In the preferred embodiment, the positions of the plurality of input surfaces are set such that the distance between the two ultrasonic receivers and the input surface is different between the plurality of input surfaces. Then, by initializing the range of the input surface in each three-dimensional coordinate system, it is possible to check which input surface by checking whether the coordinate value of the input device is within the range of the default input surface. It is possible to detect whether the coordinate input from.
[0014]
In order to achieve the above object, another aspect of the present invention provides a coordinate input device that enables coordinate input from a plurality of input surfaces.
An input device having an ultrasonic transmitter;
Two ultrasonic receivers arranged side by side in a direction not orthogonal to the plurality of input surfaces and receiving ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitter;
Synchronization means for synchronizing between the input device and the ultrasonic receiver;
An input surface setting unit for setting a positional relationship between the two ultrasonic receivers and the plurality of input surfaces;
According to the propagation time of the ultrasonic signals received by the two ultrasonic receivers from the input device, respective distances from the input device to the two ultrasonic receivers are generated, and the two distances are generated. And an input coordinate generation unit that generates input coordinates in the plurality of input planes set according to the above.
[0015]
In the above invention, in a more preferred embodiment, the input surface setting unit takes a two-dimensional coordinate (X, Y) on the input surface and a third coordinate axis (Z) in a direction perpendicular to the input surface. Set the coordinate values of the two ultrasonic receivers in the three-dimensional coordinate system for each of the plurality of input surfaces,
The input coordinate generation unit generates coordinate values of the input device in the three-dimensional coordinate system according to the two distances.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, this embodiment does not limit the technical scope of the present invention.
[0017]
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between two ultrasonic receivers and a plurality of input surfaces in the present embodiment. FIG. 1 shows a notebook personal computer 1 having a display screen 2 and a mouse 3 connected thereto. When the input device 4 is moved on the plurality of input surfaces S1, S2, and S3 with respect to the computer 1, the coordinates in the respective input surfaces are input to the computer 1, and the desired display screen 2 of the computer is displayed. Can be input and the locus of the input device 4 can be displayed.
[0018]
The coordinate input apparatus according to the present embodiment includes an input device 4 having an ultrasonic transmitter and two ultrasonic receivers R1, R1 which are attached to a predetermined location and receive ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitter. And R2. The input device 4 may be provided with an ultrasonic transmitter, but for example, a pen-type input device described later is preferable.
[0019]
Furthermore, a synchronization means is provided in order to specify the timing at which the ultrasonic signal is transmitted. For example, infrared rays are transmitted from the input device 4, and the synchronization timing is detected by a light receiving element (not shown) provided in the vicinity of the receivers R1 and R2.
[0020]
The ultrasonic signals transmitted from the input device 4 are received by the receivers R1 and R2, and the distances La and Lb from the input device 4 to the respective receivers R1 and R2 are obtained from the time difference from the synchronization means. The position in the input surface of the input device 4 is detected from the distances La and Lb.
[0021]
In this embodiment, two ultrasonic receivers are used to enable coordinate input from a plurality of input surfaces arranged in a three-dimensional space. In principle, three ultrasonic receivers are required to detect the position of the input device in the three-dimensional space. In this embodiment, in order to reduce costs, a certain restriction is applied to the position of the input surface so that the positions in the plurality of input surfaces can be detected by two ultrasonic receivers.
[0022]
Such a certain limitation is to prevent the line connecting the two ultrasonic receivers from being orthogonal to the input surface. It is preferable that both have a relationship as far as possible from 90 degrees. If the line connecting the two ultrasonic receivers and the input plane are orthogonal, the position in the input plane is not uniquely determined from the combination of the distance between the input device in the input plane and the two ultrasonic receivers. Because. Furthermore, a certain limitation is that the positional relationship between the plurality of input surfaces and the two ultrasonic receivers is set in advance. For example, the coordinate values of two ultrasonic receivers in the three-dimensional coordinate system set on the input surface are initialized. Or in another example, the length of the perpendicular drawn from the ultrasonic receiver to the input surface is preset. Alternatively, the position of the input surface in the coordinate system with the ultrasonic receiver as the origin is initialized. With this initial setting value, the coordinates of the input device in the input surface have two unknowns, and even the two ultrasonic receivers can detect the coordinate values.
[0023]
The initial setting of the positional relationship between the plurality of input surfaces S1, S2, S3 and the two ultrasonic receivers R1, R2 will be described. The method of setting the positional relationship between the two is as follows: (1) A three-dimensional coordinate system is set for each input surface, with the input surface being a two-dimensional coordinate surface, and the ultrasonic receivers R1, R2 in the three-dimensional coordinate system. (2) A three-dimensional coordinate system is set for the ultrasonic receivers R1 and R2, and coordinate values and inclinations of a plurality of input surfaces in the three-dimensional coordinate system are considered. It is done. Of course, an arbitrary three-dimensional coordinate system may be set, and the positions of the ultrasonic receiver and the input surface may be set therein.
[0024]
In this embodiment, the positional relationship between the two is set by the above method (1). First, with respect to the input surface S1, the X1 and Y1 axes are set on the input surface S1, and the Z1 axis is set in a direction perpendicular to the input surface S1, and ultrasonic input in this three-dimensional coordinate system X1-Y1-Z1 is performed. The coordinate values of the devices R1 and R2 are initialized.
[0025]
FIG. 2 is a diagram for explaining a method for setting the positional relationship between the input surface and the ultrasonic receiver. As described above, the three-dimensional coordinate system X1-Y1-Z1 is set for the input surface S1. This is performed, for example, by the operator entering the coordinate axes of X1 and Y1 on the input surface. Then, three known points in the two-dimensional coordinates of X1, Y1, for example, the origin P10 (0,0,0), the point P11 on the X1 axis (x11,0,0), and the point P12 (0 on the Y1 axis , y11,0) from the input device, and as shown in the figure, the distances La10, Lb10, La11, Lb11, La12, respectively, between the points P10, P11, P12 and the ultrasonic receivers R1, R2, Find Lb12.
[0026]
Therefore, if the unknown coordinate values of the ultrasonic receivers R1 and R2 are R1 (xa1, ya1, za1) and R2 (xb1, yb1, zb1),
For distances La10 and Lb10 between point P10 and receivers R1 and R2,
xa12+ Ya12+ Za12= La102            (1)
xb12+ Yb12+ Zb12= Lb102            (2)
For distances La11 and Lb11 between point P11 and receivers R1 and R2,
(X11−xa1)2+ Ya12+ Za12= La112            (3)
(X11−xb1)2+ Yb12+ Zb12= Lb112            (4)
For distances La12 and Lb12 between point P12 and receivers R1 and R2,
xa12+ (Y11−ya1)2+ Za12= La122            (5)
xb12+ (Y11-yb1)2+ Zb12= Lb122            (6)
Thus, six unknowns, R1 (xa1, ya1, za1) and R2 (xb1, yb1, zb1) can be solved from the six simultaneous equations (1) to (6).
[0027]
The relationship between the input surfaces S2 and S3 in FIG. 1 and the ultrasonic receivers R1 and R2 can be similarly determined. And the coordinate value of the ultrasonic receiver with respect to each input surface is set as an initial value, and is memorize | stored by the coordinate input control part mentioned later.
[0028]
Returning to FIG. 1, the coordinate values of the ultrasonic receiver in the coordinate system of each input plane
R1 (xa1, ya1, za1), R2 (xb1, yb1, zb1)
R1 (xa2, ya2, za2), R2 (xb2, yb2, zb2)
R1 (xa3, ya3, za3), R2 (xb3, yb3, zb3)
When the input device transmits an ultrasonic wave from an arbitrary position P1 (x1, y1,0) on the input surface S1 and performs coordinate input in a state where is initially set, two ultrasonic receivers R1, R2 Distances La1 and Lb1 are detected. As a result, the following equation holds.
[0029]
(X1−xa1)2+ (Y1-ya1)2+ Za12= La12(7)
(X1−xb1)2+ (Y1-yb1)2+ Zb12= Lb12(8)
By solving this simultaneous equation, the input coordinate value P1 (x1, y1,0) is obtained. Input coordinates on the input surfaces S2 and S3 can be obtained in the same manner.
[0030]
In this embodiment, the distance between the input surface and the ultrasonic receiver is set within a range that does not overlap each other so that the coordinate value can be automatically detected from any input surface. , Limit the position of each input surface. That is, at the initial setting stage, the area range of the input surface is set by the input device.
[0031]
As shown in FIG. 2, in the initial setting, coordinate input is performed by the input device from the input point P13 having the minimum X and Y coordinates and the input point P14 having the maximum. As described above, the coordinate value (x13, y13,0) of the point P13 is obtained by transmitting ultrasonic waves from the point P13, and the coordinate value of the point P14 (x14, y14,0) is similarly transmitted by transmitting ultrasonic waves from the point P14. Is required. By initializing these two coordinate values, when the input coordinate values (x1, y1,0) on the input surface S1 are obtained, the coordinates from the input surface S1 are satisfied when the following relationship is satisfied. It can be determined that the input.
[0032]
x13 <x1 <x14 (9)
y13 <y1 <y14 (10)
In order to use the above determination method, the position of each input surface is limited so that the distance between the input surface and the ultrasonic receiver does not overlap each other. That is, the regions S2 ′ and S3 ′ obtained by rotating the input surfaces S2 and S3 about the line connecting the two ultrasonic receivers R1 and R2 and projecting them on the X1-Y1 two-dimensional coordinate surface of the input surface S1 are obtained. , The area of the input surface S1 is limited.
[0033]
By doing so, it is possible to determine that the coordinate input is from the input surface S1 when the coordinates (9) and (10) are satisfied when the coordinate input from any input surface is performed. . When the projected areas S2 'and S3' overlap with the area of the input surface S1, even if the above (9) and (10) are satisfied, there is a possibility of input from the input surfaces S2 and S3. Therefore, it is preferable that when the minimum and maximum coordinate values of the coordinate values of each input surface are input at the initial setting stage, the overlapping of the above areas is determined, and if they overlap, some warning is output. Even if the input range is not a rectangle, it can be considered in the same way as a set of rectangles. However, if the coordinate input device is given the input surface from which the input surface is input each time the coordinate input from the input device is performed, it is not necessary to prohibit the overlapping of the above-described areas.
[0034]
As described above, the initial settings of the present embodiment can be summarized as follows: two ultrasonic receivers are installed at predetermined positions, and a plurality of input surfaces are installed in directions not orthogonal to the line connecting them. Then, the operator transmits ultrasonic waves from three known points from each input surface by the input device, and the coordinate values of the two ultrasonic receivers in the three-dimensional coordinate system of the input surface are obtained and initialized. . Next, the minimum and maximum coordinates of the coordinates on each input surface are input, and the input surface area is initialized. At this time, an alarm is output as appropriate so that the areas do not overlap, and the operator changes the position of the input surface in response thereto. After the above initial setting is completed, the operator inputs coordinates on each input surface. The coordinate input device obtains two-dimensional coordinates of the input surface from the distance between the input device and the two ultrasonic receivers. Then, it is checked whether or not the obtained two-dimensional coordinate value is in the area range of the input surface that is initially set, and the input surface is automatically determined.
[0035]
FIG. 3 is a diagram showing an example of a simplified input surface in the present embodiment. In this example, the input surfaces S1 and S2 are installed on two walls (vertical surfaces) in the room, and the input surface S3 is installed on one desk (horizontal plane). Since the two ultrasonic receivers R1 and R2 are prohibited from being perpendicular to any of the input surfaces S1, S2 and S3, the receivers R1 and R2 in the example of FIG. , And are arranged on the first input surface S1 so as to be aligned at an angle of 45 degrees with respect to the vertical line. The position within the input surface can be detected with higher accuracy as the angle between the line connecting the receiver and the input surface is more than 90 degrees.
[0036]
Further, for easy understanding, the three-dimensional coordinates X1, Y1, Z1 of the input surface S1 are set so that the receiver R1 is the origin and the input surface S1 is the X1, Y1 axis, and the input surface S2 is cubic. The original coordinates X2, Y2, and Z2 are set so that the point perpendicular to the input surface S2 from the receiver R1 is the origin and the input surface S2 is the X2 and Y2 axes, and the three-dimensional coordinates X3 of the input surface S3. , Y3, Z3 are set so that the point at which a perpendicular is drawn from the receiver R1 to the input surface S3 is the origin and the input surface S2 is the X3, Y3 axis. Each Z-axis is perpendicular to the input surface.
[0037]
When the three-dimensional coordinate axis of each input surface is set in this way, the coordinate values of the receivers R1, R2 in the three-dimensional coordinates X1, Y1, Z1 of the input surface S1 are
R1 (0, 0, 0), R2 (e, -e, 0)
become. If the length of the perpendicular from the receiver R1 to the second input surface S2 is g, the coordinate values of the receivers R1, R2 in the three-dimensional coordinates X2, Y2, Z2 of the input surface S2 are
R1 (0, 0, -g), R2 (0, -e, -ge)
become. Further, assuming that the length of the perpendicular line from the receiver R1 to the third input surface S3 is h, the coordinate values of the receivers R1, R2 in the three-dimensional coordinates X3, Y3, Z3 of the input surface S3 are
R1 (0,0, h), R2 (e, 0, he)
become. The coordinate values of the receiver indicating these positional relationships are recorded as initial values.
[0038]
As described with reference to FIG. 2, the coordinate values of the above receiver are obtained by transmitting ultrasonic waves from three known points in each input surface. Alternatively, if the lengths e, g, and h are known in advance, it is possible to directly input coordinate values.
[0039]
The input coordinates P1 (x1, y1,0) in the first input surface S1 are the above-mentioned (7) and (8) when the distance to the two ultrasonic receivers R1, R2 is La1, Lb1. Like the formula,
x12+ Y12= La12
(X1-e)2+ (Y1 + e)2= Lb12
Thus, the input coordinates P1 (x1, y1,0) can be obtained by solving the simultaneous equations.
[0040]
Similarly, the input coordinates P2 (x2, y2, 0) in the second input surface S2 are the above-mentioned (7) (8) when the distance to the two ultrasonic receivers R1, R2 is La2, Lb2. Like the formula
x22+ Y22+ G2= La22
x22+ (Y2 + e)2+ (G + e)2= Lb22
The input coordinates P2 (x2, y2, 0) can be obtained by solving these simultaneous equations.
[0041]
Similarly, the input coordinates P3 (x3, y3, 0) in the third input surface S3 are the above-mentioned (7) (8) assuming that the distance to the two ultrasonic receivers R1, R2 is La3, Lb3. Like the formula
x32+ Y32+ H2= La32
(X3-e)2+ Y32+ (He)2= Lb32
By solving this simultaneous equation, the input coordinate P3 (x3, y3, 0) is obtained.
[0042]
In the case of the example of FIG. 3 also, the surfaces S2 ′ and S3 ′ (not shown) projected on the input surface S1 by rotating the input surfaces S2 and S3 around the region of the input surface S1 and the straight line R1-R2. ), Each input surface is set so that it does not overlap with each other, so that it is possible to automatically recognize from which input surface the coordinate input is.
[0043]
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the input device 4. The input device shown in FIG. 4A is a pen configuration input device. A ballpoint pen core 16 that can be inserted into and removed from the pen tip is provided in the pen, and a pressure-sensitive switch 19 is provided for detecting contact between the ballpoint pen core 16 and the writing surface during writing. A cylindrical ultrasonic transmitter 17 and an infrared LED 18 are further provided at the tip of the pen. The cylindrical ultrasonic transmitter 17 is made of, for example, a cylindrical piezoelectric film made of polyvinylidene fluoride, and has a cylindrical shape. Therefore, the cylindrical ultrasonic transmitter 17 can have a directivity of 360 degrees. Can be transmitted in the same way in all directions to reach the ultrasonic receiver. Two infrared LEDs 18 having a directivity of 180 degrees are arranged on a diagonal line, and infrared rays reach the photodetector PD (not shown) provided in the vicinity of the receiver in the same manner even when the pen rotates. Furthermore, a drive circuit 20, a rechargeable battery 21, an electrode that can contact the holder side electrode when it is in a holder (not shown) of the computer and charge the rechargeable battery, and a signal that generates ultrasonic waves when it is in the holder are sent from the computer. It has electrodes to transmit signals. The holder will be described later.
[0044]
FIG. 4B shows an internal block diagram of a pen-type input device. When contact is detected by the contact detection switch 19 that detects contact between the ballpoint pen lead 16 and the writing surface, or contact between the pen tip and the writing surface when the lead to be described later is inside, the timer 23 generates the contact. The LED drive circuit 24 and the ultrasonic drive circuit 25 are activated at regular intervals, and infrared rays are sent from the infrared LED 18 and ultrasonic pulses are sent from the ultrasonic transmitter 17. This sending cycle is a time that allows the movement of the pen by a human hand to be detected stably, and is set to a frequency of about 100 Hz, for example. Furthermore, as will be described later, an ultrasonic pulse can be generated by a signal from the computer side via the holder contact electrode 22.
[0045]
The infrared LED 18 and the infrared receiver PD provided in the vicinity of the ultrasonic receiver constitute an ultrasonic transmission synchronization means. The time difference between the time of receiving infrared rays and the time of receiving ultrasonic waves corresponds to the ultrasonic wave propagation time between the pen-type input device and the ultrasonic wave receiver.
[0046]
FIG. 5 is a view showing a ballpoint pen lead-in / out mechanism of the pen-type input device. By sliding a switching lever 27 provided on the side of the pen, the ball-point pen core 16 can be taken in and out of the pen tip. The contact detection switches 19 and 26 are attached to the base of the ballpoint pen core and the pen tip. In the state (a) where the lead 16 is protruding, contact between the lead and the writing surface is detected by a switch 19 at the base of the lead. In the state (b) in which the lead is inserted, the switch 26 detects the contact between the pen tip and the writing surface. On the input surface where the actual drawing can be drawn with the ballpoint pen core, the ballpoint pen core protrudes from the tip, and on the input surface where the drawing cannot be performed, the surface becomes dirty, and the core is inserted inside.
[0047]
FIG. 6 is a block diagram of an ultrasonic receiving unit built in the computer or disposed integrally with the ultrasonic receivers R1 and R2. FIG. 7 is a timing chart in the ultrasonic receiving unit. The ultrasonic receivers R1 and R2 detect the ultrasonic pulses SA1 and SA2 from the pen-type input device, and the infrared light receiving element PD detects the infrared pulse IR. The ultrasonic pulses SA1 and SA2 from the pen-type input device are amplified by the input amplifier 32 after being detected by the ultrasonic receivers R1 and R2.
[0048]
The received ultrasonic wave has a waveform as shown in FIG. Therefore, it is detected by the comparator 33 whether or not it is larger than the appropriate threshold value rt1, and the flip-flop 34 is turned on at a timing when the received wave exceeds the threshold value rt1. Further, the zero cross of the received wave is detected by the zero cross comparator 35, and the next zero cross position where the received wave exceeds the threshold rt1 is detected by the logical product 36 of the output of the flip-flop 34 and the zero cross comparator 35. This time is the arrival time of the ultrasonic pulse. Therefore, the ultrasonic wave propagation time T1 from the reception time of the infrared synchronization signal IR to the arrival of the ultrasonic pulse is detected by the timer 37. Similarly, the propagation time T2 is detected for the receiver R2.
[0049]
These propagation times T1 and T2 are supplied to a coordinate input control unit 40 described later. And the coordinate input control part 40 calculates | requires an input coordinate from ultrasonic propagation time T1, T2.
[0050]
FIG. 8 is a configuration diagram of the coordinate input control unit. The coordinate input control unit 40 includes an input coordinate generation unit 42 that generates input coordinates on the input surface from the ultrasonic propagation times T1 and T2 generated by the reception unit 30, and an input coordinate generated by the input coordinate generation unit 42. Display control unit 44 and input surface setting unit 41 that inputs and records initial setting values at the time of initial setting of the input surface.
[0051]
Returning to FIG. 3, the initial setting of the coordinate input device will be described again. FIG. 9 is a flowchart of initial setting of the input surface, and FIG. 10 is a diagram illustrating an example of input surface setting data set thereby.
[0052]
First, the ultrasonic receivers R1 and R2 are installed at positions where the line connecting the two is not orthogonal to the surfaces S1, S2, and S3 that the user wants to use as the input surface. In the example shown in FIG. 1, the line connecting the two is installed on the wall (the same surface) provided with the input surface S1 in a state where the line is inclined by 45 degrees with respect to the horizontal line (S11). Further, for each input surface, a three-dimensional coordinate system having XY coordinates on the input surface and a Z axis perpendicular to the input surface is set. When the ultrasonic wave IR is transmitted from the known three points in the input surface by the input device, the receiving unit 30 obtains the propagation times T1 and T2, and the input surface setting unit 41, as described above, The coordinate values of the ultrasonic receivers R1 and R2 in the three-dimensional coordinate system are obtained and stored in the memory 43 (S12). The three known points are set in advance as, for example, the origin and predetermined points on the X and Y axes.
[0053]
In the example of FIG. 3, for the coordinate system X1-Y1-Z1 of the input surface S1,
R1 (0, 0, 0), R2 (e, -e, 0) are set,
For the coordinate system X2-Y2-Z2 of the second input surface S2,
R1 (0, 0, -g), R2 (0, -e, -ge) are set,
For the coordinate system X3-Y3-Z3 of the third input surface S3,
R1 (0,0, h) and R2 (e, 0, he) are set.
[0054]
Next, when an ultrasonic wave is transmitted from the minimum point and the maximum point of the coordinates in each input surface by the input device, the input coordinate generation unit 42 obtains the coordinate values of both points, and the obtained coordinate values are used for each input surface. Is stored in the memory 43 as a range (S13).
[0055]
In the first input surface S1, the coordinate values of the point P13 (x13, y13) and the point P14 (x14, y14) are stored, and in the second input surface S2, the point P23 (x23, y23) and the point P24 (x24 , y24) is stored, and on the third input surface S3, a point P33 (x33, y33) and a point P34 (x34, y34) are stored. These points may be entered from the keyboard if known.
[0056]
In this case, as described above, it is confirmed that the areas of the input surface do not overlap each other based on the distance relationship between the two ultrasonic receivers. When overlapping is detected, the operator is notified of the movement of the input surface.
[0057]
The last of the initial value setting is the setting of conversion parameters for each input surface and the display screen of the computer 1 (S14). It is expected that the rotation component, the offset component, and the scale component are different between the input surface and the computer display screen 2. Therefore, by obtaining these parameters in advance, the coordinate value of the input surface can be converted into the coordinate value in the display screen 2 of the computer.
[0058]
In order to obtain this conversion parameter, for example, correspondence between three known points on the input surface and three known points on the display screen of the computer may be taken. For example, the input coordinate position is moved to three known points in the display screen 2 of the computer, and coordinate input is performed at each position. By transmitting ultrasonic waves from the input device, two-dimensional coordinate values on each input surface are obtained. Then, from the relationship between the coordinate values on both sides, a conversion formula from the coordinates (x1, y1) on the input surface to the coordinate values (xd, yd) in the display screen 2 is obtained as follows.
[0059]
xd = a1 · x1 + b1 · y1 + x01
yd = c1 · x1 + d1 · y1 + y02
In this case, a1, b1, c1, and d1 are rotation parameters and scale parameters between the two coordinate systems, and x01 and y01 are offset parameters. These parameter values are also stored as initial values for each input surface. If the three known points used in step S12 are used, the ultrasonic wave does not have to be retransmitted, which makes it easier.
[0060]
As described above, the input surface setting unit 41 sets and stores initial values for each input surface as shown in FIG.
[0061]
Thereafter, when coordinate input is performed by the input device 4 from each input surface, the receiving unit 30 obtains ultrasonic propagation times T1, T2 from the infrared synchronization signal and the ultrasonic wave from the input device 4, and the input coordinate generating unit 42 However, the two-dimensional coordinates on each input surface are calculated from the propagation times T1 and T2, and the coordinate value of each input surface is compared with the range of each input surface to detect which input surface the coordinate input is from. Then, the two-dimensional coordinates on the input surface are converted into the two-dimensional coordinates in the display screen of the computer by the above conversion formula. The obtained two-dimensional coordinate value is given to the display control unit 44. For example, the display control unit 44 performs a predetermined display at a position corresponding to the two-dimensional coordinate value in the frame memory. The state is displayed on the display unit 45.
[0062]
Next, a case where the present embodiment is applied to a notebook personal computer will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the notebook computer 1 and the input surface. The input surfaces in this example are the display surface S1 of the notebook personal computer 1, the upper surface S2 of the housing in front of the keyboard, and the surface S3 of the desk on which the housing is placed. When writing is performed on the display surface S1 by the pen-type input device 4, the position of the input device 4 is detected and reflected on the display. That is, it becomes the same as the so-called touch panel system. When writing is performed by the input device 4 on the housing upper surface S2, the position on the housing upper surface S2 is detected and reflected on the display. Therefore, it performs the same function as a tablet built in the top of the housing. Furthermore, the tip of the pen has a ballpoint pen core that can be taken in and out, and the position is detected when writing on the paper placed on the desk with the ballpoint pen. As a result, the same characters or images that are written on paper can be input to the computer.
[0063]
The two ultrasonic receivers R1 and R2 are arranged at the left and right ends of the upper side of the display S1, and an infrared receiver (photodiode PD) is arranged at the center of the upper side. A pen holder 46 is provided on the upper surface of the input surface S2 and is placed in the pen holder when the pen 4 is not used. When placed in the pen holder, the rechargeable battery in the pen is charged from the personal computer 1. Further, when the input pen 4 is placed on the pen holder 46, an ultrasonic wave can be transmitted by a command from the personal computer 1 via the holder contact electrode. As will be described later, it is possible to automatically detect the tilt angle of the display of the notebook personal computer by transmitting ultrasonic waves from a known position of the input surface S2 to obtain the distances to the receivers R1 and R2.
[0064]
Since the position on the input surface S1 of the display is a two-dimensional coordinate, it can be obtained by two ultrasonic receivers R1 and R2. On the other hand, the input surfaces S2 and S3, which are different from the ultrasonic receivers R1 and R2, have their respective three-dimensional coordinate systems set by default, and the coordinate values of the receivers R1 and R2 in the respective coordinate systems are obtained. . Furthermore, in the initial setting, the ranges of the input surfaces S1, S2, and S3 are also set, and the coordinate conversion parameters for these input surfaces and the display screen are also set. When the initial setting is completed, the coordinate input can be performed from any of the input surfaces S1, S2, and S3 by the pen-type input device 4.
[0065]
FIG. 12 is a diagram for explaining detection of the position of the input device on the input surface. FIG. 12A shows a case where the input device 4 is located at a point P1 on the input surface S1 of the display. When the ultrasonic propagation times T1 and T2 from the input device to the receivers R1 and R2 are detected, and the ultrasonic velocity V, the distances La1 and Lb1 are the product of the propagation times T1 and T2 and the velocity V, respectively. Is required. When the display is an input surface, it is not necessary to specify a three-dimensional coordinate system, and only two-dimensional coordinates can be considered.
[0066]
Assuming that the position of the receiver R1 is the origin of the two-dimensional coordinates X1-Y1, if the width of the display surface S1 is W, the coordinates of the receiver R2 are (W, 0). Therefore, the point P1 (x1, y1) on the input surface S1 is
x12+ Y12 = La12
(x1−W)2 + Y12 = Lb12
Is solved for x1 and y1, the coordinate values x1 and y1 of the point P1 are obtained as follows.
[0067]
x1 = (La12− Lb12 + W2) / 2W (11)
y1 = − (La12−x12)1/2                           (12)
Here, when the vertical length of the input surface S1 is D1, it is found that the input pen 4 is on the first input surface S1 when 0 <x1 <W and −D1 <y1 <0.
[0068]
Next, the case where the input pen is at the point P2 on the second input surface S2 will be described with reference to FIG. In this case, the three-dimensional coordinate system X2-Y2-Z2 of the input surface S2 uses the point where the perpendicular is drawn from the receiver R1 to the input surface S2, and the direction connecting the two receivers R1 and R2 is the X axis and the horizontal direction. Are set to the Y axis and the Z axis in the vertical direction. Since the length of the perpendicular line from the receiver R1 to the second input surface S2 is H1, by the initial setting, the receiver R1, R2 in the three-dimensional coordinates X2-Y2-Z2 of the second input surface S2 The coordinate values are set to R1 (0,0, H1) and R2 (W, 0, H1). The range of the second input surface S2 is set to 0 <x2 <W, −D1cos θ−D2 <y2 <−D1cos θ.
[0069]
Therefore, the point P2 (x2, y2, 0) on the input surface S2 is
x22+ Y22+ H12= La22
(x2−W)2 + Y22 + H12 = Lb22
Solving the simultaneous equations for x2 and y2
x2 = (La22 − Lb22 + W2) / 2W (13)
y2 = − (La22−x22−H12)1/2                      (14)
Is required.
[0070]
Furthermore, the positions of R1 and R2 in the three-dimensional coordinate system X3-Y3-Z3 of the third input surface S3 are set as R1 (0,0, H1 + D3) and R2 (W, 0, H1 + D3). The Further, the range of the input surface S3 is set to a range other than the input surfaces S1 and S2. Then, the point P3 (x3, y3, 0) on the input surface S3 is also obtained as described below.
[0071]
x3 = (La32 − Lb32 + W2) / 2W (15)
y3 = − (La32−x32-(H1 + D3)2}1/2               (16)
In this embodiment, the input surfaces S1, S2, and S3 are distinguished based on whether or not the coordinate values obtained in the respective coordinate systems are within the range of the input surface that is initially set. That is,
If 0 <x1 <W, −D1 <y1 <0, then input surface S1,
If 0 <x2 <W, −D1cosθ−D2 <y2 <−D1cosθ, input surface S2,
Otherwise, input surface S3
It is judged.
[0072]
The distance H1 varies depending on the angle θ of the display unit of the notebook computer. The angle θ of a notebook computer can usually be used at various angles. Therefore, it is necessary to perform the above-described initial setting when the angle θ is determined by opening the display unit of the notebook computer. Thereby, the angle θ and the distance H1 are calibrated.
[0073]
In addition, the sound velocity V changes with temperature, and at temperature T (° C)
V = 331.5 + 0.6 × T [m / s]
Therefore, when the temperature changes, the position of the detected input point shifts. Therefore, it is preferable to measure (calibrate) the sound velocity V simultaneously with the distance H1.
[0074]
In this embodiment, the distance H1 can be measured when the input pen 4 is held in the pen holder 46. FIG. 13 is a diagram for explaining such measurement. In FIG. 13, assuming that the position of the pen ultrasonic transmitter is at a distance of Dx, Dy from the lower left corner of the display unit with the input pen placed in the pen holder 46, the coordinate system X2-Y2 of the input surface S2 -Z2, the pen position Ph (x2, y2, 0) is (Dx, -Dy-D1cosθ, 0), and the positions of the receivers R1, R2 are R1 (0, 0, D1sinθ), R2 (w, 0, D1sinθ), so if we substitute in the simultaneous equations for the distances La2 and Lb2 between them,
(VT1)2= Dx2+ (Dy + D1cosθ)2+ (D1sinθ)2
(VT2)2= (Dx−W)2+ (Dy + D1cosθ)2+ (D1sinθ)2
So if you solve this for V and θ,
V = {(W2−2WDx) / (T22−T12)}1/2
θ = arccos [[(VT1)2−Dx2−D12−Dy2] / 2D1D2]
It becomes.
[0075]
That is, a pen holder synchronization signal is generated from a personal computer when it is in the pen holder, a signal is transmitted to the ultrasonic drive circuit via the holder contact electrode, and an ultrasonic pulse is transmitted. From the synchronization signal to the arrival of the ultrasonic pulse at the receiving units R1 and R2. By measuring the times T1 and T2, the relationship between the receivers R1 and R2 and the input surface S2 and the distance H1 = D1sinθ between the receivers R1 and R2 and the input surface S2 can be measured (calibrated or initially set).
[0076]
Calibration should be performed once when the display part of the notebook computer opens, but it is necessary to recalibrate when the angle changes during use or when the temperature changes greatly. In this case, even if the input pen is not inserted into the pen holder, the operator can specify the calibration to the personal computer when the operator wants to calibrate and input the specified position Ph of the pen holder with the input pen. Of course, at this time, the receiver is synchronized by infrared PD.
[0077]
Furthermore, if an ultrasonic transmitter is built in at a constant position Ph separately from the input pen, calibration can always be performed while coordinates are input using the input pen. However, at that time, infrared and ultrasonic signals are transmitted for a specified time (for example, 1 second) so that the ultrasonic wave from the input pen and the ultrasonic wave from the calibration transmitter do not interfere with each other. It is only necessary to confirm that it has not been calibrated.
[0078]
Further, an angle sensor may be incorporated in the hinge portion between the display portion and the keyboard portion of the notebook personal computer to directly measure the angle θ.
[0079]
Further, a specific position of the display unit, for example, the height H1 + D3 between the receiver position and the desk may be directly measured by a distance sensor. In this case, if an ultrasonic rangefinder that generates ultrasonic waves using the receiver R2 as a transmitter and receives ultrasonic waves reflected on the desk surface by the receiver is configured, a new sensor becomes unnecessary.
[0080]
FIG. 14 is a diagram illustrating another method for obtaining the distance H2. In this method, coordinates of two points on the input surface S3 that are separated by a known distance are input. Assuming that the points P3 (x3, y3,0) and P4 (x4, y4,0) on the input surface S3 are separated by a distance L34, the distances La3 and La4 from each point to the receiver R1 and the distance to the receiver R2 If Lb3 and Lb4 are measured during calibration,
x32+ Y32+ H22= La32
(x3−W)2 + Y32+ H22 = Lb32
x42+ Y42+ H22 = La42
(x4−W)2 + Y42 + H22 = Lb42
(x3−x4)2 + (Y3−y4)2 = L342
The relationship holds.
[0081]
Since there are five equations for the unknowns x3, x4, y3, y4, and H2, the distance H2 between the third input surface S3 and the receiver R1 can be obtained by solving these equations. For example, the distance H2 can be calibrated by printing two points on the paper at a distance L34, placing the paper appropriately on the desk, and specifying the two points on the paper. If this paper is rotated or misaligned with respect to the 3D coordinate system, the distance H2 is transmitted by sending ultrasonic waves from the origin of the 2D coordinate axis printed on the paper and a known point on one coordinate axis. In addition, the relationship between the three-dimensional coordinates and the two-dimensional coordinates can be initialized.
[0082]
Further, in the above embodiment, the infrared light emitting element LED is attached to the input pen. However, the infrared light emitting element LED is provided in the receiving unit, the light receiving element PD is attached to the input pen, and the input pen receives the synchronization signal. If infrared rays are received, ultrasonic waves may be transmitted.
[0083]
In addition, two ultrasonic transmitters may be attached to the receiving unit, and one ultrasonic receiver may be attached to the input pen. In this case, transmission may be performed alternately so that the two ultrasonic transmissions do not mix. First, the distance L1 between the first transmitter and the input pen is measured, and then the second transmitter and the second transmitter are measured. What is necessary is just to measure distance L2 with an input pen. In this embodiment, synchronization is performed using infrared rays. However, synchronization may be performed using radio or a wired cable provided on the input pen.
[0084]
In the example of FIG. 11, the line connecting the receivers R1 and R2 is always parallel to the input surface. However, as described in FIGS. Can be requested.
[0085]
In the above embodiment, infrared light is used as a synchronization means, and one ultrasonic transmitter and two ultrasonic receivers, or two ultrasonic transmitters and one ultrasonic receiver, By using, it is possible to input coordinates from input devices on multiple input surfaces. The synchronization means can also be realized by radio or wire. Furthermore, it is possible to use ultrasonic waves as a synchronization means.
[0086]
In the following example, an ultrasonic transmitter is provided in the input device, two ultrasonic receivers are provided at predetermined positions, and an additional ultrasonic receiver is used as a synchronization means. And the input coordinate from a several input surface is detected by utilizing the ultrasonic reception time difference of the ultrasonic receiver for a synchronization, and two receivers. The relationship between the positions of the two ultrasonic receivers and the plurality of input surfaces is the same as in the above-described embodiment. Therefore, in the following example, a total of three ultrasonic receivers are required. However, since the synchronization means using infrared rays becomes unnecessary, the total cost is lower than the conventional example.
[0087]
FIG. 15 is a diagram showing a coordinate input device using ultrasonic waves as a synchronization means. Similarly to FIG. 11, two ultrasonic receivers R1 and R2 are provided at both upper ends of the display unit of the notebook personal computer, and an ultrasonic receiver Rs for synchronization means is provided between them. Then, by utilizing the difference between the propagation time of the ultrasonic wave transmitted from the input pen 4 to the synchronization receiver Rs and the propagation time to the two receivers R1 and R2 at both ends, the input surfaces S1, S2, The position of the input pen in S3 is detected.
[0088]
FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of an input device that is the input pen. The same reference numbers are given to the portions corresponding to FIG. In the example of FIG. 15, the input pen does not need to be provided with the infrared light emitting element LED as a synchronization means. Accordingly, the ultrasonic transmitter 17 is driven by the contact detection switch 19 and the holder contact electrode 22 in the input pen 4. When the contact detection switch 19 detects that the ball-point pen core 16 is pressed against the input surface, a trigger signal is generated from the timer 23 at a constant period, and the ultrasonic drive circuit 24 drives the ultrasonic transmitter 17. Also, when the holder contact electrode 22 receives a drive signal, the ultrasonic transmitter 17 is similarly driven.
[0089]
FIG. 17 is a configuration diagram of a receiving unit that processes the ultrasonic waves received by the two ultrasonic receivers R1 and R2 and the synchronizing ultrasonic receiver Rs. FIG. 18 is a timing chart of received ultrasonic waves. 17 receives an ultrasonic receiver Rs, an input amplifier 32s, a comparator 33s, a flip-flop 33s, a zero-cross comparator 35s, and an AND gate instead of the infrared light receiving element PD in the receiving unit shown in FIG. 36s is provided. These operations are the same as those of the circuits corresponding to the ultrasonic receivers R1 and R2.
[0090]
Therefore, as shown in FIG. 18, in the ultrasonic waves received by the receivers R1 and R2, the timing of the zero cross point after exceeding a predetermined threshold is detected, and detection signals Trg1 and Trg2 are generated. Similarly, the timing of the ultrasonic wave received by the receiver Rs is also detected, and a synchronization detection signal Trgs is generated. The timer 37a measures the difference T1 between the reception timing Trg1 of the first receiver R1 and the reception timing Trgs of the synchronization receiver Rs. The timer 37b measures the difference T2 between the reception timing Trg2 of the second receiver R2 and the reception timing Trgs of the synchronization receiver Rs. The input coordinates of the input pen are obtained by the coordinate input control unit 40 in accordance with the timing differences T1 and T2.
[0091]
FIG. 19 is a diagram for explaining the detection of the position of the input pen. First, the case of the input surface S1 in FIG. Since the locus of a point with a constant distance difference between the two points is a hyperbola, the intersection of the two hyperbola specified by the distance difference between the two points R1 and Rs and the distance difference between the two points R2 and Rs is input. Think of it as the position of the pen. Therefore, in the case of the input surface S1, the distance difference K1 between the receivers R1 and Rs and the distance difference K2 between the receivers R2 and Rs are:
K1 = L1−Ls = VT1
K2 = Ls−L3 = VT2
When the synchronization receiver Rs is the origin of the three-dimensional coordinate system, the input point P1 (x1, y1) is an expression of two hyperbolic curves
(x1 + W / 4)2 (4K12−W2) / 4K12 + y12 = (4K12−W2) / 16
(x1−W / 4)2 (4K22−W2) / 4K22 + y12 = (4K22−W2) / 16
Can be obtained by solving for x1, y1.
[0092]
Similarly, in the case of the input surfaces S2 and S3, the input points P2 (x2, Y2) and P3 (x3, y3) are obtained from two hyperbolic equations.
[0093]
Also in this embodiment, an input surface that is not orthogonal to the line connecting the two ultrasonic receivers R1 and R2 can be used. In this case, the initial setting and the calibration method of the height H1 are the same as those in the above-described embodiment. The receivers R1, R2, and Rs are arranged on a straight line at equal intervals, and the straight line is always parallel to the input surface. However, the present embodiment is not limited to this, and the receivers R1, R2 , Rs may not be on a straight line. Any receiver may be used for synchronization.
[0094]
FIG. 20 shows a modification of the coordinate input device attached to the notebook computer. In this example, two ultrasonic receivers R1 and R2 are arranged near the boundary between the display unit and the keyboard unit of the notebook personal computer 1. In this case, the display unit S1 and the desktop S2 can be used as the input surface. The two receivers R1 and R2 are on the same plane as the first input surface S1, which is a display unit, and the height from the two receivers R1 and R2 to the second input surface S2 on the desk is as follows. The thickness of the keyboard is almost the same even if the tilt of the display changes. Therefore, it is not necessary to calibrate the tilt even if the tilt of the display unit changes.
[0095]
However, in this example, the surface of the keyboard section cannot be used as an input surface because the distance from the receivers R1 and R2 cannot be distinguished from the display section. However, if the function to instruct the computer where the input surface is to be provided can be provided as an application program, the coordinate input generation unit can distinguish between the display unit and the keyboard unit. It is possible to use it for the surface.
[0096]
FIG. 21 is a modification of the coordinate input device attached to the notebook personal computer. In this example, two ultrasonic receivers R1, R2 and an infrared light receiving element PD are attached, and a receiving unit 30, an input coordinate generating unit 42, an input surface setting unit 41, an initial set value recording unit 43, and the like (see FIG. 8) is used. This receiving unit 46 is attached, for example, to the upper left of the display unit of the notebook personal computer 1, and the input coordinates from the three input surfaces S1, S2, S3 are detected by the above-described principle.
[0097]
FIG. 22 shows a modification of a coordinate input device used for a desktop personal computer. In this example, the receiving unit 46 is attached to the upper left position of the CRT display 47. Then, the display surface S1 and the surface S2 on the desk in front of the keyboard 48 are used as the input surface.
[0098]
FIG. 23 is an example of a coordinate input device used in a conference room. Two ultrasonic receivers R1 and R2 are provided at both upper ends of the blackboard S1 of the conference room, and an infrared receiver PD is provided at the center thereof. A plurality of desk surfaces S2 to S7 arranged on the floor surface SF are also used as input surfaces. The blackboard S1 may be a computer screen or a display screen of a projector.
[0099]
In this case, since the desk surfaces S2 to S7 are arranged on the same plane, the areas of the respective desk surfaces S2 to S7 in the plane shifted from the floor surface SF by the height of the desk need to be registered in advance. . As a result, the two-dimensional coordinates on the respective desk surfaces are recorded as input coordinates in a computer (not shown).
[0100]
[Configuration example of input pen]
As described with reference to FIG. 21, the present invention attaches the receiving unit 46 to the display screen of a notebook personal computer and performs initial settings of the display screen S1 and the writing surface S3, so that the input pen is displayed on the display screen S1 or the writing surface S3. By pressing on each surface above, you can enter coordinates on a personal computer. In that case, a liquid crystal display panel is often used as the display screen of the notebook computer 1.
[0101]
Since the surface of a normal LCD panel has a thin glass plate, touching the panel surface with a normal input pen may damage the surface glass plate, and the input pen may damage the glass plate on the panel surface. It is necessary not to do so. Although it is conceivable to increase the thickness of the glass plate in order to protect the panel surface, a display panel having a special structure is not preferable. On the other hand, for a writing surface such as paper, an input pen having a core having a writing function such as a ballpoint pen core is suitable so that a handwriting remains on the writing surface. Therefore, the input pen needs to be configured differently between the liquid crystal display panel surface S1 and the writing surface S3.
[0102]
In consideration of the above points, the input pen according to the present embodiment uses a pen that can be written on, such as a ballpoint pen, for a writing surface such as paper, and the stroke of the contact detection switch (the core until the pen tip is pushed in and stopped) (Moving amount of) is relatively small, and writing on the writing surface is facilitated. On the other hand, the input pen has a soft pen tip for liquid crystal display panels so as not to damage the panel surface, and the stroke of the touch detection switch is lengthened so that the pressing pressure when touching the panel surface is relatively weak. It has a configuration. That is, if the pen tip of the input pen is harder than the surface of the liquid crystal display panel, the pen tip damages the panel surface at the time of input, so the pen tip is softened. In addition, if the pressure of the pen tip against the panel surface is strong, a large force is applied to the glass plate on the panel surface, and the glass plate may be broken or cracked. If the stroke of the pen tip for turning on the contact detection switch is short, even if the pressure of the pen tip is weak, a large pressure is applied to the panel surface after the pen tip has moved by the stroke. Is desired to be relatively long.
[0103]
FIG. 24 is a configuration diagram of the input pen in the present embodiment. 24A is a configuration diagram of the entire input pen, FIG. 24B is a configuration diagram of a pen tip for a writing surface, and FIG. 24C is a configuration diagram of a pen tip for a display panel surface. The input pen 4 shown in FIG. 24 is provided with a ballpoint pen core 16 for writing surface at one tip, and a touch core 50 for the surface of the display panel at the other tip. As shown in FIG. 24A, the main body 4a of the input pen 4 is provided with a drive circuit 20, a drive battery 21, and an infrared LED 18. The ballpoint pen core 16 and the first ultrasonic transmitter 17a are provided at one end, and the touch core 50 and the second ultrasonic transmitter 17b are provided at the other end, respectively. Each of the ultrasonic transmitters 17 is made of a cylindrical piezoelectric film made of polyvinylidene fluoride and has a directivity of 360 °. The infrared LED 18 has, for example, three LEDs with a directivity of 120 ° arranged every 120 ° to realize a directivity of 360 °. By providing the directivity of 360 °, infrared rays and ultrasonic waves can reliably reach the receiving unit even when the input pen rotates.
[0104]
As shown in FIG. 24 (B), the pen tip for the writing surface has a lead holder 54 for storing the ballpoint pen lead 16 housed in the main body 4a of the input pen and pressed downward by the first spring 52a. And is stopped upward at the portion of the first contact detection switch 19a. The ballpoint pen itself is stored in the lead holder 54 so as to be detachable because writing requires writing to replace the ink. The distance between the upper end of the lead holder 54 and the pen body 4a is designed to ensure a relatively short first stroke 56a. Therefore, when the ballpoint pen lead 16 of the input pen 4 is pressed against the writing surface, the protrusion on the side surface of the lead holder 54 and the contact detection switch 19a are separated, and the contact of the ballpoint pen lead 16 with the writing surface can be detected. When the pen tip is pressed against the writing surface, the first spring 52a is contracted, and a pressing pressure is generated. When the lead holder 54 moves by the first stroke 56a, the upper end of the lead holder 54 reaches the pen body 4a, and the pressing pressure of the input pen user is transmitted to the pen tip as it is.
[0105]
The first stroke 56a is preferably 0.5 mm or less so that the writing comfort of the user is not deteriorated. For example, by setting the stroke to about 0.2 mm, the user can write with a normal ballpoint pen feeling almost without any stroke. The pressing pressure of the first spring 52a is set to a very small value of about 1 gf.
[0106]
As shown in FIG. 24C, a tip protecting portion 51 made of a soft material is provided at the tip of the touch core 50 in order to prevent damage to the surface of the display panel. The shape of the touch core 50 is similar to that of the ballpoint pen core holder 54, and the side protrusion is stopped upward by the second contact detection switch 19b, and pressure is applied downward by the second spring 52b. Yes. The distance between the upper end of the touch core 50 and the pen body 4a is designed to have a relatively long second stroke 56b.
[0107]
The second stroke 56b is preferably set to be relatively long, for example, 2 mm or more so that the input pen user can sense that the tip of the touch core 50 contacts the panel surface and is pulled inward. For example, about 3 mm is more preferable. The second spring 52b preferably has a pressing pressure of, for example, 10 gf or less, and more preferably has a pressing pressure of 3 gf so as not to damage the display panel surface. The second stroke 56b is relatively long and the pressure of the second spring 52b is small enough not to damage the panel surface, but large enough to allow the user to sense contact, so that the touch core 50 touches the panel surface. Thus, the user can sense the touch of the touch core while retreating to the pen body 4a side by a distance equal to or less than the second stroke 56b.
[0108]
When the pen tip of the input pen comes into contact with the writing surface or the panel surface and the contact detection switch 19 detects it, infrared rays are transmitted from the infrared LED 18 at a constant cycle by a timer as described above, and further from the ultrasonic transmitter 17. Ultrasound is sent out. Subsequent detection of input pen coordinates by the receiving unit is as described above.
[0109]
If there is a certain distance between the pen tip of the input pen and the ultrasonic transmitter, if the input pen is tilted and coordinates are input to the writing surface or display panel surface, an error occurs in the input position. That is, since the input coordinates are obtained from the distance from the ultrasonic transmitter to the receiving unit, if the distance between the ultrasonic transmitter and the pen tip increases, an error occurs in the input coordinates.
[0110]
In that case, since the ultrasonic transmitters 17a and 17b are provided above and below the pen body 4a in the input pen of FIG. 24, the above error can be eliminated by using two ultrasonic transmitters.
[0111]
As shown in FIG. 25, a plane including the pen 4 and the receiver R is considered. With respect to the pen tip P, the first ultrasonic transmitter Ta is at a distance a from the pen tip P, and the second ultrasonic transmitter Tb is at a distance b from the first ultrasonic transmitter Ta. And At this time, the distance from the first ultrasonic transmitter Ta to the receiver R is La, and the distance from the second ultrasonic transmitter Tb to the receiver R is Lb. And considering the triangle RPTb and the triangle RTTaTb,
L2 = Lb2+ (A + b)2−2 (a + b) Lb cosθ
La2= Lb2+ B2−2 b Lb cosθ
It becomes. Therefore, the distance L from the nib P to the receiver R is
L = {a2+ Ab + La2 (a + b) / b−Lb2 a / b}1/2
It becomes.
[0112]
If both the distance from the tip of the ballpoint pen lead to the first ultrasonic transmitter and the distance from the tip of the touch lead pen to the second ultrasonic transmitter are set to a, the above formula can be used. Thus, the distance between the pen tip P and the receiver R can be accurately obtained.
[0113]
FIG. 26 is a diagram illustrating an infrared synchronization signal and an ultrasonic wave received by the receiving unit R. When the ballpoint pen core of FIG. 24 is used, when the first contact detection switch 19a detects contact, after the infrared transmission, a pulse is transmitted from the first ultrasonic transmitter 17a, and further after the delay time Tp. , A pulse is transmitted from the second ultrasonic transmitter 17b. In the receiver, after receiving the infrared synchronization signal IR, the arrival times T1 and T2 of the ultrasonic waves SA1 and SA2 from the first ultrasonic transmitter are detected, and then the ultrasonic waves from the second ultrasonic transmitter are detected. The arrival times T3 and T4 of SA1 and SA2 are detected. By subtracting the delay time Tp from the arrival times T3 and T4, the actual pulse arrival time from the second ultrasonic transmitter can be obtained. After that, the distance L from the nib P to the receiver R can be obtained by the above formula. When the nib core continues to contact the input surface, the first and second ultrasonic transmitters alternately transmit ultrasonic pulses.
[0114]
FIG. 27 is a diagram illustrating another configuration example of the input pen. In this example, as shown in FIG. 28 (A), an input core 16 and an ultrasonic transmitter 17 are provided only at one end of the input pen 4, and as shown in FIGS. 27 (B) and (D), The ballpoint pen core 16 for the writing surface and the touch core 50 for the display panel surface are attached to the pen body 4a in a replaceable manner. FIG. 28C shows a touch core holder 58 that houses the touch core 50. In this example, only one ultrasonic transmitter need be provided.
[0115]
The configuration shown in FIG. 28 (B) is the same as that shown in FIG. 24 (B), and the ball-point pen core 16 is detachably accommodated in the core holder 54. When the ink of the ballpoint pen is consumed, the ballpoint pen core 16 needs to be replaced. The lead holder 54 is housed in the pen body 4a, is pressed downward by the first spring 52a, and is stopped upward by the contact detection switch 19 by a protrusion on the side surface. The lead holder 54 is movable up and down by the first stroke 56a. The distance of the first stroke and the pressure of the first spring are the same as in the case of FIG.
[0116]
On the other hand, as shown in FIG. 27C, the touch core 50 is accommodated in the touch core holder 58, and the touch core holder 58 is detachable from the core holder 54 as shown in FIG. Stored. The touch core 50 housed in the touch core holder 58 is pressed downward by the second spring 52b and is stopped upward by the protrusion on the side surface. The touch core rod 60 has a sufficient length, and a relatively long second stroke 56b is secured. A tip protector 51 is attached to the tip of the touch core 50. When the touch core holder 58 is accommodated in the core holder 54, as shown in FIG. 27D, a smaller pressure is applied to the display panel surface to the second spring 52b, and the second stroke 56b and the first stroke The tip of the touch core retracts into the pen body within the total stroke range of the stroke 56a. Since the stroke range is sufficiently long, the pen user can sense the touch of the input pen on the display panel surface while the tip of the touch core is moving.
[0117]
Also in the input pen of FIG. 27, an ultrasonic transmitter can be provided at the upper end of the pen body. By doing so, the error due to the long distance between the ultrasonic transmitter 17 and the pen tip can be eliminated as described with reference to FIGS.
[0118]
FIG. 28 is a cross-sectional view showing another configuration example of the input pen. FIG. 28A is a cross-sectional view of a state in which a writing surface ballpoint pen core 16 is stored, and FIG. 28B is a cross-sectional view of a state in which a display panel surface touch core 50 is stored. In this example, the ballpoint pen lead 16 and the touch lead 50 are detachably accommodated in the same lead holder 54, and when the ballpoint pen lead 16 is attached, the first stroke 56a is relatively short, and when the touch lead 50 is attached. Becomes a relatively long second stroke 56b. For this purpose, a stopper 60 having an elastic force in the center direction is provided at the center of the lead holder 54, the upper end 16p of the ballpoint pen lead 16 is thick, and the stopper 60 is pushed outward so that it stops at the step of the pen body 4a. Thus, the upper end 50p of the touch core 50 is thin and the stopper 60 is recessed inward, so that the upper end of the core holder 54 stops at the upper end of the hole of the pen body 4a. As a result, the first stroke 56a is short and the second stroke 56b is long. In this example, when a ballpoint pen lead and a touch lead are attached, the stroke automatically corresponds. Further, since the pressing pressure when the touch core is mounted is determined by the spring 52a, the spring 52a is set to an elastic force that allows the user to sense contact without causing damage to the display panel surface.
[0119]
In the input pen of FIG. 28, the stroke length can be changed by a manual switch provided in the pen body 4a.
[0120]
FIG. 29 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the input pen. In this example, coordinates are input on the display panel surface by attaching a touch core to the ballpoint pen core. As shown in FIG. 29A, the ball-point pen core 16 is stored in the core holder 54, and the core holder 54 is further stored in the slide portion 62 stored in the pen body 4a. The slide portion 62 has a stopper 64 and has a function of forming a first stroke 56a between the upper end of the lead holder 54 when the ballpoint pen lead 16 is used and a touch lead when the touch lead is attached. It has a slide function of retracting to the pen body 4a so that the tip is not too far from the ultrasonic transmitter 17.
[0121]
FIG. 29A shows a writing surface input pen. When the slide switch 66 of the slide portion 62 is slid downward, the stopper 64 is pushed inward by the side protrusion 65 of the pen body 4a. A first stroke 56 a is formed between 64 and the upper end of the lead holder 54. In this example, the contact detection switch 19 is provided on the slide portion 62.
[0122]
FIG. 29B shows a touch core holder 58 that holds the touch core 50. This touch core holder 58 is mounted in the groove 68 at the tip of the slide portion 62. Then, as shown in FIG. 29C, the slide switch 66 of the slide portion 62 is manually slid upward, and accordingly, the stopper 64 is detached from the claw 65 and spreads outward by the elastic force, and the second stroke 56b. Is determined by the length of the rod of the touch core 50. As the slide part 62 slides upward, the ultrasonic transmitter 17 at the tip of the pen body is positioned close to the tip of the touch core 50. FIG. 29D shows a state in which the touch core 50 is in contact with the display panel surface and retracted inward. Since the stopper 64 is open to the outside, the upper end of the lead holder 54 has moved to a position higher than the stopper 64.
[0123]
FIG. 30 is a cross-sectional view showing another configuration example of the input pen. This example has a configuration in which a ballpoint pen core for writing surface and a touch core for display panel surface are switched by pressing slides 72a and 72b like a knock type multicolor ballpoint pen. A pen holder 54a containing the ballpoint pen lead 16 and a lead holder 52b containing the touch lead 50 are stored side by side in the pen body 4a. Strictly speaking, the ball-point pen core 16 is detachably accommodated in the inner core holder 54c, the inner core holder 54c is pushed downward in the outer core holder 54a by the spring 52a, and is stopped upward by the contact detection switch 19a. . A first stroke 56a is formed by the shape of the upper end portion of the inner core holder 54c. Similarly, the touch core 50 is also housed in the core holder 54b, pressed downward by the spring 52b, and stopped upward by the contact detection switch 19b. A relatively long second stroke 56b is formed by the shape of the upper end portion of the touch core 50. The elastic force of the spring on the ballpoint pen core side and the touch core side is the same as in the above example.
[0124]
The core holders 54a and 54b are pushed upward by springs 68a and 68b, respectively, and are provided with latches 70a and 70b having notches, notches 71a and 71b, and slides 72a and 72b. Then, by pushing down the slide 72b from the state of FIG. 30A, the notch 71b on the touch core side is pushed down and the notch 71a on the ballpoint pen core side is pushed outward. The latch 70a is released from the lower end of the fixing portion 74, It is returned to the upper side by the spring 68a. On the other hand, the latch 70b on the touch core side is stopped at the lower end of the fixing portion 74, so that the tip of the touch core 50 protrudes from the tip of the pen. This is the state of FIG. In this state, by sliding the slide 72a downward, the state shown in FIG.
[0125]
FIG. 31 is a cross-sectional view showing another configuration example of the input pen. In this example, the ball-point pen core 16 and the hollow touch core 50 have a coaxial structure. Thereby, it can be made thinner than the pen main body of FIG. Further, the ball-point pen core 16 and the touch core 50 are configured to be automatically taken in and out depending on the inclination of the input pen. When inputting coordinates from the writing surface on the desk, the pen body is in the vertical direction, and when inputting coordinates from the display panel surface of the notebook PC, the pen body is in the horizontal direction. The inclination is detected, and the ballpoint pen core and the touch core are put in and out.
[0126]
The ballpoint pen lead 16 is detachably accommodated in a ballpoint pen lead inner lead holder 54c, and the inner lead holder 54c is further accommodated in the outer lead holder 54a. The inner core holder 54c is pushed downward by the spring 52a, and is stopped upward by the contact detection switch 19a. A first stroke 56a is formed. The touch core 50 is housed in the pen body 4a, pressed down by a spring 52b, and stopped upward by a contact detection switch 19b.
[0127]
As shown in FIG. 31 (A), when the pen body is in the vertical direction, the lower end of the stopper 78 moves inwardly about the fulcrum 80 by the weight 76 that moves downward, and the upper end of the outer lead holder 54a. To stop. Thereby, the first stroke 56a is formed. As shown in FIG. 31 (B), when the pen body is in the horizontal direction, the weight 76 is not lowered by the upper elastic force of the spring 52d, the lower end of the stopper 78 is pushed outward, and the outer core holder is expanded. 54c moves upward by the upper elastic force of the spring 52c. As a result, the hollow touch core 50 protrudes from the lower end of the pen. In this state, a relatively long second stroke 56b is formed. FIG. 31C shows a state in which the touch core 50 is in contact with the display panel surface and pulled inward.
[0128]
In the above example, the inclination of the pen is detected by the weight 76 and the spring 52d. However, the ballpoint pen core and the touch core may be automatically taken in and out using an inclination sensor such as an acceleration sensor. Alternatively, the ballpoint pen core and the touch core may be manually inserted and removed. Even in that case, since the ballpoint pen core and the touch core have a coaxial structure, the pen body can be made thin.
[0129]
In FIG. 21, the receiving unit 46 is attached to the outer periphery of the display panel of the notebook PC. In this case, when coordinates are input from the writing sheet surface S3, if the position of the writing sheet is shifted during the input, the relative position with respect to the receiving unit 46 changes, and it is necessary to perform initial setting again.
[0130]
Therefore, if the receiving unit 46 can be fixedly attached to the display panel of the notebook type PC or fixedly attached to the writing paper, the initial setting associated with the positional deviation of the writing paper becomes unnecessary. Become.
[0131]
FIG. 32 is a three-way diagram illustrating a receiving unit that can be freely fixed to a plurality of input surfaces. 32A is a plan view, FIG. 32C is a front view, and FIG. 32B is a side view. This receiving unit is provided with an abutting edge 84 formed of a recess for abutting the display panel and writing paper on the main body 82, and further provided with a clip 86 and a spring 87 for sandwiching the display panel and writing paper. A display panel or writing paper is sandwiched between the leading ends 88 of the clips 86. Ultrasonic wave receivers R1 and R2 are provided at both ends of the main body 82, and an infrared light receiving element PD is provided at the center position therebetween.
[0132]
FIG. 33 is a diagram illustrating a usage example of the reception unit of FIG. The receiving unit 46 is attached to the upper left corner of the display panel 90 of the notebook computer using a clip. The corners of the display panel 90 are aligned with the protruding edge 84, and alignment is easily performed. This enables pen input on the display surface S1 and the writing surface S3. Further, by attaching the receiving unit 46 to the upper left corner of the writing paper 92, even if the writing paper 92 is displaced, the receiving unit 46 is fixed, so there is no need to perform calibration again. When the user of the input pen is left-handed, the receiving unit 46 is preferably attached to the upper right corner of the display panel and the upper right corner of the writing paper. By doing so, it is possible to prevent the ultrasonic pulse and infrared rays from being blocked by the hand holding the input pen.
[0133]
FIG. 34 is a configuration diagram of another receiving unit. 34A is a plan view and FIG. 34B is a side view. The feature of this receiving unit is that the main body 82 provided with the ultrasonic receivers R1 and R2 and the infrared light receiving element PD has a substantially triangular shape, and the main body 82 is rotatable around the rotation axis 90 so as to be freely rotatable. Is attached. The clip body 86a has a substantially square shape, and a corner portion thereof is partially thinned so that the abutting edge 84 is formed in a straight line with respect to the clip body 86a. By making the abutting edge 84 linear, the receiving unit can be attached to the side surface of the display panel or the side surface of the writing paper.
[0134]
FIG. 35 is a diagram showing a state in which the receiving unit is attached to the liquid crystal display panel. By attaching to the upper left part (position A) or upper left part (position B) of the display panel, it is possible to receive infrared rays and ultrasonic waves from an input pen held by a right-handed user. However, between the position A and the position B, the position of the receiving unit body 82 with respect to the clip body differs by 90 °. Similarly, by attaching to the upper right part (position C) or upper left part (position D) of the display panel, it is possible to receive infrared rays and ultrasonic waves from an input pen held by a left-handed user. However, also in this case, the position of the receiving unit body 82 with respect to the clip body differs by 90 ° between the position C and the position D. In any case, in order to increase the accuracy of the input coordinates, it is desirable to adjust the rotation direction so that the line connecting the two ultrasonic receivers is approximately 45 ° with respect to the input surface.
[0135]
FIG. 36 is a diagram showing a state in which the receiving unit is attached to the writing paper. 36 (A) and 36 (B) are examples in which the receiving unit 46 is attached to the upper left side and the upper left side of the horizontally long paper surface 92, respectively. In either case, the receiving unit main body is appropriately rotated with respect to the clip main body, and the two ultrasonic receiver surfaces are set so as to face in the horizontal direction. 36 (C) and 36 (D) are examples in which the receiving units are respectively attached to the vertically long paper surface 93. Also in this case, the surface of the ultrasonic receiver is directed in the vertically long direction by appropriately rotating the receiving unit body. To be adjusted.
[0136]
The input pen has an ultrasonic transmitter, and an ultrasonic receiver is provided on the receiving unit side. However, even if an ultrasonic receiver is provided on the input pen side and two ultrasonic transmitters are provided in the unit attached to the input surface, coordinate input can be performed in the same manner.
[0137]
The above embodiment is summarized as follows.
[0138]
(Supplementary note 1) In a coordinate input device that enables coordinate input from a plurality of input surfaces,
An input device having an ultrasonic transmitter;
Two ultrasonic receivers arranged side by side in a direction not orthogonal to the plurality of input surfaces and receiving ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitter;
Synchronization means for synchronizing between the input device and the ultrasonic receiver;
An input surface setting unit for setting a positional relationship between the two ultrasonic receivers and the plurality of input surfaces;
According to the propagation time of the ultrasonic signals received by the two ultrasonic receivers from the input device, respective distances from the input device to the two ultrasonic receivers are generated, and the two distances are generated. And an input coordinate generation unit that generates input coordinates in the plurality of input planes set according to the above.
[0139]
(Appendix 2) In Appendix 1,
The input surface setting unit takes two-dimensional coordinates (X, Y) on the input surface and takes the third coordinate axis (Z) in a direction orthogonal to the input surface, in the two-dimensional coordinate system. The coordinate values of the ultrasonic receivers are set for each of the plurality of input surfaces, and the input coordinate generation unit calculates the coordinate values of the input device in the three-dimensional coordinate system according to the two distances. A coordinate input device characterized by generating.
[0140]
(Appendix 3) In Appendix 2,
The input surface setting unit generates coordinate values of the two ultrasonic receivers in response to ultrasonic transmission from the input device at three points having known two-dimensional coordinates on the input surface. Coordinate input device characterized by
[0141]
(Appendix 4) In Appendix 2,
The input surface setting unit sets a relationship between the two-dimensional coordinate system in the input surface and the two-dimensional coordinate system in the display screen;
The input coordinate generation unit generates a second coordinate value in a two-dimensional coordinate system in the display screen from the first coordinate value according to the relationship, and outputs the second coordinate value as an input coordinate. Coordinate input device characterized by
[0142]
(Appendix 5) In Appendix 4,
The input surface setting unit responds to ultrasonic transmission from the input device at three points in the input surface corresponding to predetermined three points in the display screen, and two-dimensional coordinates of the input surface and the display screen A coordinate input device characterized by generating a system relationship.
[0143]
(Appendix 6) In Appendix 1,
The plurality of input surfaces to be set are limited to positions at different distances from the ultrasonic receiver,
The input coordinate generation unit identifies an input surface to be input by the input device according to a distance from the input device at a position on the input surface to the ultrasonic receiver, and determines input coordinates of the input device. A coordinate input device characterized by generating.
[0144]
(Appendix 7) In Appendix 1,
The synchronization means receives an ultrasonic signal transmitted from the input device, and has a synchronization ultrasonic receiver installed at a known position in the three-dimensional coordinates;
The input coordinate generation unit includes a first difference in a time during which an ultrasonic signal transmitted from the input device propagates to one of the two ultrasonic receivers and the synchronous ultrasonic receiver. , The third order of the input device according to a second difference in time that the transmitted ultrasonic signal propagates to one of the two ultrasonic receivers and the synchronizing ultrasonic receiver. A coordinate input device that generates a position in original coordinates.
[0145]
(Appendix 8) In any one of Appendices 1 to 7,
The two ultrasonic receivers can be installed in the plane of a computer display screen;
The plurality of input surfaces include at least the display screen and a first surface on which the display screen is placed.
[0146]
(Supplementary Note 9) In a coordinate input device that enables coordinate input from a plurality of input surfaces,
An input device having an ultrasonic receiver;
Two ultrasonic transmitters arranged side by side in a direction not orthogonal to the plurality of input surfaces and transmitting ultrasonic waves to the ultrasonic receiver;
Synchronization means for synchronizing between the input device and the ultrasonic transmitter;
An input surface setting unit for setting a positional relationship between the two ultrasonic transmitters and the plurality of input surfaces;
A distance from the input device to the two ultrasonic transmitters is generated according to a propagation time of the ultrasonic signal received by the ultrasonic receiver from the input device, and the setting is performed according to the two distances. An input coordinate generation unit that generates input coordinates in a plurality of input planes.
[0147]
(Appendix 10) In Appendix 9,
The input surface setting unit takes two-dimensional coordinates (X, Y) on the input surface and takes the third coordinate axis (Z) in a direction perpendicular to the input surface, in the three-dimensional coordinate system. The coordinate values of the ultrasonic transmitters are set for each of the plurality of input surfaces, and the input coordinate generation unit calculates the coordinate values of the input device in the three-dimensional coordinate system according to the two distances. A coordinate input device characterized by generating.
[0148]
(Appendix 11) In Appendix 1 or 9,
The input device is:
A pen-shaped body,
A first input core provided at the tip of the main body with a first drawing stroke and having writing means capable of writing on the input surface;
The front end or the other end of the main body is provided with a second retraction stroke longer than the first retraction stroke, and when the main body is retracted, the input surface is depressed lower than the first input core. A coordinate input device comprising: a second input core that makes contact with pressure.
[0149]
(Appendix 12) In Appendix 1,
A coordinate input device, wherein the receiving unit having the two ultrasonic receivers is provided with a clip for sandwiching the input surface material, and the receiving unit is fixed to one end of the input surface material.
[0150]
(Appendix 13) In Appendix 9,
A coordinate input device, wherein a clip for sandwiching an input surface material is provided on a transmission unit having the two ultrasonic transmitters, and the receiving unit is fixed to one end of the input surface material.
[0151]
(Supplementary note 14) In a coordinate input device for inputting input coordinates from a plurality of types of input surfaces including at least a display panel surface and a writing surface by transmitting and receiving ultrasonic waves,
A pen-type input device;
A receiving unit for transmitting and receiving ultrasonic waves to and from the input device,
The input device is:
A pen-shaped body,
A first input core provided at the tip of the main body with a first drawing stroke and having writing means capable of writing on the input surface;
The front end or the other end of the main body is provided with a second pull-in stroke longer than the first pull-in stroke, and when the main body is pulled in, the pressing force is weaker than the first input core with respect to the input surface. And a second input core in contact with the coordinate input device.
[0152]
(Appendix 15) In Appendix 14,
An ultrasonic transmitter is provided at each of the front end and the other end of the main body, and the two ultrasonic transmitters alternately transmit ultrasonic waves when the first or second core contacts the input surface. Characteristic coordinate input device.
[0153]
(Appendix 16) In Appendix 14,
The coordinate input device according to claim 1, wherein the first input core and the second input core are replaceably attached to the tip of the main body.
[0154]
(Appendix 17) In Appendix 14,
The coordinate input device according to claim 1, wherein the first input core is attached to a distal end portion of the main body, and the second input core is detachably attached to a distal end position of the first input core.
[0155]
(Appendix 18) In Appendix 14,
The first input core and the second input core are provided in parallel in the main body, and one input core protrudes from the tip of the main body, and the other input core is drawn from the first input core. A coordinate input device.
[0156]
(Appendix 19) In Appendix 14,
The first input core and the second input core are coaxially provided inside the main body, and one input core protrudes from the distal end portion of the main body, and the other input core is drawn from the first input core. A coordinate input device.
[0157]
(Appendix 20) In Appendix 19,
One of the input cores protrudes according to the inclination of the main body.
[0158]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a coordinate input device that enables coordinate input from a plurality of input surfaces can be constituted by the synchronizing means and the two ultrasonic receivers, thereby enabling cost reduction.
[0159]
As described above, the protection scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, but extends to the invention described in the claims and equivalents thereof.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a relationship between two ultrasonic receivers and a plurality of input surfaces in the present embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating an input surface setting method.
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between two ultrasonic receivers and a plurality of input surfaces in the present embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of an input device.
FIG. 5 is a view showing a ballpoint pen lead-in / out mechanism of a pen-type input device.
FIG. 6 is a block diagram of an ultrasonic receiving unit.
FIG. 7 is a timing chart in the ultrasonic receiving unit.
FIG. 8 is a configuration diagram of a coordinate input control unit.
FIG. 9 is a flowchart of initial setting of an input surface.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of input surface setting data.
FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship between the notebook computer 1 and an input surface.
FIG. 12 is a diagram illustrating detection of the position of the input device on the input surface.
FIG. 13 is a diagram illustrating a method for obtaining a distance H1.
FIG. 14 is a diagram showing another method for obtaining the distance H2.
FIG. 15 is a diagram showing a coordinate input device using ultrasonic waves as a synchronization means.
16 is a diagram showing a configuration of an input device that is the input pen of FIG. 15;
FIG. 17 is a configuration diagram of a receiving unit that processes ultrasonic waves received by two ultrasonic receivers R1 and R2 and an ultrasonic receiver for synchronization Rs.
18 is a timing chart of the ultrasonic waves received in FIG.
FIG. 19 is a diagram illustrating detection of the position of the input pen in FIG.
FIG. 20 is a modification of the coordinate input device attached to the notebook computer.
FIG. 21 is a modification of the coordinate input device attached to the notebook computer.
FIG. 22 is a modification of a coordinate input device used for a desktop personal computer.
FIG. 23 is an example of a coordinate input device used in a conference room.
FIG. 24 is a configuration diagram of an input pen in the present embodiment.
25 is a diagram showing a plane including a pen 4 and a receiver R. FIG.
FIG. 26 is a diagram showing an infrared synchronization signal and an ultrasonic wave received by the receiving unit R.
FIG. 27 is a diagram illustrating another configuration example of the input pen.
FIG. 28 is a cross-sectional view showing another configuration example of the input pen.
FIG. 29 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the input pen.
FIG. 30 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the input pen.
FIG. 31 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the input pen.
FIG. 32 is a three-way diagram illustrating a receiving unit that can be freely fixed to a plurality of input surfaces.
33 is a diagram illustrating a usage example of the reception unit of FIG. 32. FIG.
FIG. 34 is a configuration diagram of another receiving unit.
FIG. 35 is a diagram showing a state where a receiving unit is attached to a liquid crystal display panel.
FIG. 36 is a diagram showing a state in which a receiving unit is attached to writing paper.
[Explanation of symbols]
S1, S2, S3 input surface
R1, R2 ultrasonic receiver
Ultrasound receiver for Rs synchronization
PD Infrared detector
4 Input device, input pen
17 Ultrasonic transmitter, ultrasonic transmitter
18 Infrared light emitting element, LED
30 Receiver
40 Coordinate input controller
41 Input surface setting section
42 Input coordinate generator

Claims (6)

複数の入力面からの座標入力を可能にする座標入力装置において,
超音波送出器を有する入力デバイスと,
前記複数の入力面に直交しない方向に並べて配置され,前記超音波送出器から送出された超音波を受信する2個のみの超音波受信器と,
前記入力デバイスと超音波受信器との間の同期をとる同期手段と,
前記2個の超音波受信器と前記複数の入力面との位置関係を設定する入力面設定部と,
前記2個の超音波受信器により受信される超音波信号の前記入力デバイスからの伝播時間に従って,前記入力デバイスから前記2個の超音波受信器までのそれぞれの距離を生成し,当該2つの距離にしたがって前記設定された複数の入力面内の入力座標を生成する入力座標生成部とを有することを特徴とする座標入力装置。
In a coordinate input device that allows coordinate input from multiple input surfaces,
An input device having an ultrasonic transmitter;
Only two ultrasonic receivers arranged side by side in a direction not orthogonal to the plurality of input surfaces and receiving ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitter;
Synchronization means for synchronizing between the input device and the ultrasonic receiver;
An input surface setting unit for setting a positional relationship between the two ultrasonic receivers and the plurality of input surfaces;
According to the propagation time of the ultrasonic signals received by the two ultrasonic receivers from the input device, respective distances from the input device to the two ultrasonic receivers are generated, and the two distances are generated. And an input coordinate generation unit that generates input coordinates in the plurality of input planes set according to the above.
請求項1において,
前記入力面設定部は,前記入力面上に二次元座標(X,Y)をとり当該入力面に直交する方向に第3の座標軸(Z)をとった場合の三次元座標系における,前記2個の超音波受信器の座標値を,前記複数の入力面それぞれに対して設定し,
前記入力座標生成部は,前記2つの距離にしたがって,前記三次元座標系における前記入力デバイスの座標値を生成することを特徴とする座標入力装置。
In claim 1,
The input surface setting unit takes two-dimensional coordinates (X, Y) on the input surface and takes the third coordinate axis (Z) in a direction perpendicular to the input surface, in the three-dimensional coordinate system. The coordinate values of the ultrasonic receivers are set for each of the plurality of input surfaces;
The input coordinate generation unit generates a coordinate value of the input device in the three-dimensional coordinate system according to the two distances.
請求項2において,
前記入力面設定部は,前記入力面上の既知の二次元座標を有する3点における前記入力デバイスからの超音波送出に応答して,前記2個の超音波受信器の座標値を生成することを特徴とする座標入力装置。
In claim 2,
The input surface setting unit generates coordinate values of the two ultrasonic receivers in response to ultrasonic transmission from the input device at three points having known two-dimensional coordinates on the input surface. Coordinate input device characterized by
請求項2において,
前記入力面設定部は,前記入力面内の二次元座標系と表示画面内の二次元座標系との関係を設定し,
前記入力座標生成部は,1の座標値から前記関係にしたがって前記表示画面内の二次元座標系における第2の座標値を生成し,当該第2の座標値を入力座標として出力することを特徴とする座標入力装置。
In claim 2,
The input surface setting unit sets a relationship between the two-dimensional coordinate system in the input surface and the two-dimensional coordinate system in the display screen;
The input coordinate generation unit generates a second coordinate value in the two-dimensional coordinate system in the display screen from the first coordinate value according to the relationship, and outputs the second coordinate value as an input coordinate. Characteristic coordinate input device.
請求項1において,
前記設定される複数の入力面は,前記超音波受信器からの距離がそれぞれ異なる位置に制限され,
前記入力座標生成部は,前記入力面上の位置にある前記入力デバイスから前記超音波受信器までの距離に従って,当該入力デバイスが入力しようとする入力面を特定し,前記入力デバイスの入力座標を生成することを特徴とする座標入力装置。
In claim 1,
The plurality of input surfaces to be set are limited to positions at different distances from the ultrasonic receiver,
The input coordinate generation unit identifies an input surface to be input by the input device according to a distance from the input device at a position on the input surface to the ultrasonic receiver, and determines input coordinates of the input device. A coordinate input device characterized by generating.
請求項1において,
前記入力デバイスは,
ペン型の本体と,前記本体の先端に,第1の引き込みストロークを有して設けられ,入力面に筆記可能な筆記手段を有する第1の入力芯と,
前記本体の先端またはその他端に,前記第1の引き込みストロークよりも長い第2の引き込みストロークを有して設けられ,引き込まれた時に前記入力面に対して前記第1の入力芯よりも弱い押し下げ圧力で接触する第2の入力芯とを有することを特徴とする座標入力装置。
In claim 1,
The input device is:
A pen-type main body, and a first input core provided with a first drawing stroke at the tip of the main body and having writing means capable of writing on the input surface;
The front end or the other end of the main body is provided with a second retraction stroke longer than the first retraction stroke, and when the main body is retracted, the input surface is depressed lower than the first input core. A coordinate input device comprising: a second input core that makes contact with pressure.
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